Способ изготовления изделий трёхслойной конструкции интегрального типа из полимерных композиционных материалов

Авторы патента:

Проценко Александр Евгеньевич (RU)

Ри Дмитрий Хосенович (RU)

Лысов Андрей Николаевич (RU)

Петров Виктор Викторович (RU)

B63B5/24 - преимущественно из пластмассы

B32B3/12 - отличающиеся слоем равномерно расположенных ячеек, выполненных как одно целое или каждая по отдельности, или путем соединения отдельных полос, например подобно структуре пчелиных сот

B29C39/42 - литье при особых условиях, например в вакууме

Владельцы патента RU 2669499:

ООО "Композитные технологии" (RU)

Изобретение относится к области изготовления изделий из полимерных композиционных материалов (ПКМ), в частности трехслойной конструкции интегрального типа, все элементы которой формируются из неотвержденных или частично отвержденных компонентов с возможностью присоединения к ним также неотвержденных и/или отвержденных элементов с последующим совместным формованием всей конструкции за один технологический цикл. Способ включает выкладку на рабочую поверхность оснастки дренажного материала, жертвенного материала, сухого армирующего материала первой обшивки, одновременную установку вкладышей из легкого материала и выкладку сухого армирующего материала гофрового заполнителя, выкладку второй обшивки, жертвенного материала, армирующего материала, монтаж вакуумной и питающей систем, установку и проверку элементов формующей оснастки на герметичность, пропитку армирующего материала связующим, отверждение связующего вакуумным или автоклавным, холодным или горячим методом, демонтаж изделия. Изобретение обеспечивает изготовление трехслойных конструкций интегрального типа за одно формование, не имеющих стыковых соединений, обладающих высокой весовой эффективностью, повышенной теплоизоляцией, звукоизоляцией. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области изготовления изделий из полимерных композиционных материалов (ПКМ) многослойной конструкции интегрального типа, все элементы которой формируются из неотвержденных или частично отвержденных компонентов с возможностью присоединения к ним также неотвержденных и/или отвержденных элементов с последующим совместным формованием всей конструкции за один технологический цикл.

Изобретение может быть использовано в различных отраслях машиностроения, промышленном и гражданском строительстве для изготовления различных конструкций.

Известен способ изготовления секций трехслойной конструкции из композиционных материалов (патент RU 2333131 С1, 10.09.2008). Данный способ состоит из основных технологических операций в следующей последовательности:

- изготовление панелей среднего слоя;

- изготовление среднего слоя, т.е. склейка панелей среднего слоя между собой в определенном порядке по первой плоскости и отверждение клея;

- на изготовленный средний слой наформовывается первый несущий слой из ПКМ, отверждение связующего;

- перекантовка секции (переворот секции, изготовленной несущей обшивкой вниз);

- склейка панелей среднего слоя между собой по второй плоскости, отверждение клея;

- изготовление второго несущего слоя.

Данный способ имеет ряд недостатков. Наличие стыков между панелями среднего слоя приводит к увеличению веса, увеличению трудоемкости изготовления изделий. Клеевые соединения между деталями изделия из композиционных материалов (обшивка, гофровый заполнитель) снижают ресурсную прочность изделия. При этом изделия изготавливаются методом контактного формования.

Известен способ изготовления трехслойных панелей из полимерного композиционного материала со средним слоем из пенопласта, армированного ребрами жесткости (патент RU 2429155 С1, 20.09.2011), который включает следующие операции:

- изготовление панели среднего слоя в пресс-форме методом «вакуумная инфузия», отверждение;

- подготовка панели среднего слоя под формовку обшивок (зашкуривание, обезжиривание);

- наформовка первой обшивки на панель среднего слоя, отверждение;

- переворот панели среднего слоя обшивкой вниз;

- наформовка второй обшивки и ее отверждение.

Данный способ имеет следующие недостатки:

- необходимость применения сложной специальной герметичной оснастки – пресс-формы для изготовления среднего слоя, что повышает стоимость производства;

- длительный цикл изготовления за счет времени последовательного отверждения связующего при изготовлении деталей - средний слой - первая обшивка - вторая обшивка;

- предполагается, что обшивки изготавливаются способом контактного формования, что является вредным производством.

Известен способ получения трехслойного полимерного композиционного материала (ТСПКМ) (патент RU 2507071 С1, 20.02.2014), принятый за прототип. Способ включает следующие основные операции изготовления изделия:

- изготовление по меньшей мере двух панелей среднего слоя, в которых просверлено определенное количество отверстий для перетекания связующего;

- выкладка смолопроводящей сетки и жертвенной ткани на герметичный стенд;

- выкладка наполнителя первого несущего слоя;

- выкладка панелей среднего слоя и склейка их между собой с установкой накладок из стекломата;

- выкладка наполнителя второго несущего слоя;

- выкладка жертвенной ткани и смолопроводящей сетки на второй несущий слой;

- изготовление и проверка на герметичность вакуумного мешка;

- подключение вакуума и подача связующего в зону пропитки наполнителя;

- отверждение связующего;

- демонтаж изделия.

Данный способ имеет следующие недостатки:

- необходимость обеспечения панелями среднего слоя, которые соединяются между собой клеевым соединением с установкой стыковочных накладок, что увеличивает вес секции и усложняет конструкцию;

- необходимость сверления отверстий в панелях среднего слоя, которые впоследствии заполняются связующим, что приводит к увеличению веса секции и увеличению расхода связующего;

- увеличение времени изготовления трехслойной полимерной конструкции (панели).

Задачей настоящего изобретения является снижение длительности цикла изготовления изделия за счет исключения промежуточных клеесборочных операций; исключение применения сложных герметичных пресс-форм, снижение веса конструкции и расхода связующего.

Техническим результатом при изготовлении изделия по заявленному способу является: снижение длительности изготовления изделия; улучшение условий труда; снижение веса изделия по сравнению с аналогом.

Технический результат достигается за счет того, что исключаются промежуточные клеесборочные операции и все конструктивные элементы из ПКМ изделия трехслойной конструкции выкладываются, формуются и отверждаются за одну технологическую операцию в герметичной формующей оснастке. Формование под вакуумом исключает попадание вредных веществ в рабочую зону производственного помещения. Длительность цикла изготовления изделия сокращается за счет исключения дополнительных операций - формование панелей среднего слоя и их склейка между собой при изготовлении среднего слоя. Снижение веса изделия, изготовленного заявленным способом, является следствием отсутствия отверстий для перетекания связующего, в которых оно остается при пропитке, и отсутствия стыков между панелями среднего слоя, которые необходимо соединять между собой клеевым соединением с установкой накладок или других деталей для соединения панелей среднего слоя.

Предлагаемый способ изготовления изделий трехслойной конструкции интегрального типа из полимерных композиционных материалов, как и аналог, состоит из определенной последовательности выполнения технологических переходов:

- нанесение антиадгезионного покрытия на поверхность оснастки;

- выкладка дренажного материала, который обеспечивает удаление газов внутри вакуумной зоны оснастки и имеющий минимально возможное сопротивление при распределении связующего в процессе пропитки изделия;

- выкладка жертвенного материала, представляющего собой антиадгезионный материал, предназначенный для отделения изделия после формования от других технологических элементов;

- выкладка сухого наполнителя первой обшивки;

- выкладка сухого наполнителя гофрового заполнителя и установка вкладышей элементов изделия трехслойной конструкции интегрального типа;

- выкладка сухого армирующего материала второй обшивки;

- выкладка жертвенного материала;

- выкладка дренажного материала;

- установка цулаги (при необходимости);

- установка вакуумной и питающей системы;

- установка и проверка на герметичность элементов формующей оснастки;

- подключение вакуума и пропитка наполнителя связующим;

- отверждение связующего;

- демонтаж заготовки изделия.

Отличительным признаком является последовательность сборки изделия, при которой все элементы формируются из неотвержденных или частично отвержденных компонентов с возможностью присоединения к ним также неотвержденных и/или отвержденных элементов с последующим совместным формованием всей конструкции за один технологический цикл. При этом приклейка вкладышей производится одновременно, за одну технологическую операцию.

Технология изготовления изделий трехслойной конструкции интегрального типа из полимерных композиционных материалов за одно формование поясняется на чертеже.

Предварительно изготавливаются вкладыши 1 из материала, способного выдержать нагрузку при закрытом формовании и химически устойчивого к компонентам связующего. Затем на рабочую поверхность оснастки 2 наносят антиадгезионное покрытие 3, после чего поочередно выкладывают технологические слои: дренажный материал 4; жертвенный материал 5. На технологические слои поочередно выкладывают пакет из сухого армирующего материала первой обшивки 6, затем выкладывают сухой армирующий материал гофрового заполнителя 7 с одновременной установкой вкладышей 1, после чего выкладывают пакет сухого армирующего материала второй обшивки 8. Поверх второй обшивки поочередно выкладываются жертвенный материал 9 и дренажный материал 10. На поверхность сформированной заготовки устанавливается цулага 11, после чего производится монтаж вакуумной 12 и питающей систем 13. Следующим этапом устанавливаются и проверяются на герметичность элементы формующей оснастки 14, после чего подключается вакуум к вакуумной системе 12 и осуществляется пропитка наполнителя связующим, которое подается через питающую систему 13. После окончания процесса пропитки и отверждения связующего осуществляется демонтаж изделия трехслойной конструкции интегрального типа из полимерного композиционного материала.

Перед укладкой на матрицу материалов, подвергаемых формованию, поверхность оснастки обрабатывается антиадгезионным разделительным составом или на нее наклеивается антиадгезионная разделительная пленка. Указанные материалы позволяют облегчить разделение готового трехслойного композиционного материала и матрицы после завершения формования.

В качестве дренажного материала используется полимерная сетка из полиэтилена или полипропилена. В качестве жертвенного материала используется ткань, обладающая высокой пропускной способностью и низкой адгезией к связующему, например ткань на полиэфирной основе.

Армирующий материал для изготовления обшивки и гофрового запонителя может представлять собой стеклоткань, стекломат, углеродную ткань, полиамидную ткань, полиимидную ткань и гибридные армирующие материалы.

Согласно наиболее предпочтительному варианту реализации изобретения армирующий материал представляет собой стеклоткань.

Полимерный материал вкладышей может представлять собой любой легкий полимерный жесткий материал, имеющий адгезию к используемому полимерному связующему, например пенополивинилхлорид, пенополиуретан, полиэтилентерефталат, пенополистирол или комбинацию указанных материалов.

Согласно наиболее предпочтительному варианту реализации изобретения полимерный вкладышный материал представляет собой вспененный пенополивинилхлорид.

Поперечное сечение элементов из вспененного полимерного материала представляет собой трапециевидное, прямоугольное или треугольное сечение.

Метод вакуумной инфузии проводят с помощью герметичной оснастки и вакуумного мешка, закрепленного на оснастке с помощью герметизирующего жгута.

Способ сборки смолопроводящих каналов выбирают исходя из размеров получаемого трехслойного полимерного композиционного материала и свойств связующего, а также исходя из способа реализации метода закрытого формования.

После окончания подачи полимерного связующего производят выдержку до полного его отверждения.

Полимерное связующее может представлять собой любое полимерное связующее, подходящее для осуществления метода закрытого формования, представляет собой преимущественно реактопласты, включая эпоксидную, эпоксивинилэфирную, винилэфирную, полиимидную, полиэфирную смолу или комбинации указанных смол. Согласно наиболее предпочтительному варианту реализации изобретения полимерное связующее представляет собой эпоксивинилэфирную или полиэфирную смолу.

Ниже приведены примеры, поясняющие настоящее изобретение. Приведенные примеры никоим образом не ограничивают настоящее изобретение, а лишь иллюстрируют некоторые предпочтительные варианты реализации изобретения.

Пример 1.

На герметичную оснастку наносили антиадгезионный разделительный состав Henkel Loctite 770, затем укладывали смолопроводящую сетку марки Green flow 75 и жертвенную ткань марки Airtech Peel Ply CCVM-PE90-180. Далее производили выкладку армирующего материала первой обшивки из стеклоткани марки Т-11-ГВС-9. Затем выкладывали армирующий материал гофрового заполнителя (Т-11-ГВС-9) с установкой вкладышей трапециевидной формы из пенополивинилхлорида марки Divinycell Н35 фирмы DIAB (плотность 35 кг/м³). Далее производили укладку несущего слоя второй обшивки, жертвенной ткани и смолопроводящей сетки, поверх которой для обеспечения качества поверхности готового изделия укладывали цулагу.

После укладывали смолопроводящие каналы, собирали вакуумный мешок, подключали вакуумный насос и емкость со связующим на основе смолы DION FR 9300. Затем подавали вакуум и после проверки герметичности подавали связующее. После окончания пропитки прекращали подачу связующего, выдерживали материал в течение примерно 8 часов, после чего разбирали вакуумный мешок и снимали все вспомогательные материалы.

Пример 2.

Получали трехслойную конструкцию интегрального типа по способу, аналогичному Примеру 1, но вместо антиадгезионного разделительного состава Henkel Loctite 770 использовали экструдированную фторополимерную пленку, покрытую силиконовым клеем, Toolwright фирмы Airtech; в качестве армирующего наполнителя обшивок и гофрового заполнителя использовалась стеклоткань марки 1250-Т30-290; в качестве связующего использовалась бисфенольная винилэфирная смола POLYSTAR SR-825LV. Процесс формования осуществляли по существу так же, как в Примере 1.

Сравнение характеристик конструкций, полученных при реализации способа с характеристиками конструкции-прототипа, доказывающее достижение технического результата, приведено в таблице.

Таким образом, при изготовлении изделия по заявленному способу снижается длительность изготовления изделия; улучшаются условия труда и снижается вес изделия по сравнению с аналогом.

Способ изготовления изделий трехслойной конструкции интегрального типа из полимерных композиционных материалов, состоящей из обшивок и среднего слоя из гофрового заполнителя и вкладышей из материала, способного выдержать нагрузку при закрытом формовании и химически устойчивого к компонентам связующего, включающий следующие операции технологического цикла изготовления:

- нанесение антиадгезионного покрытия на поверхность оснастки;

- выкладка дренажного материала;

- выкладка жертвенного материала;

- выкладка сухого армирующего материала первой обшивки;

- выкладка сухого армирующего материала гофрового заполнителя и установка вкладышей;

- выкладка сухого армирующего материала второй обшивки;

- выкладка жертвенного материала;

- выкладка дренажного материала;

- установка вакуумной и питающей системы;

- установка и проверка на герметичность элементов формующей оснастки;

- подключение вакуума и пропитка наполнителя связующим;

- отверждение связующего;

- демонтаж изделия из полимерного композиционного материала,

отличающийся тем, что сборка, пропитка и формовка трехслойной конструкции интегрального типа выполняются методом закрытого формования всех элементов изделия, а именно первой и второй обшивки и гофрового заполнителя, производятся одновременно за одну технологическую операцию.

Изобретение относится к области пластмассового судостроения и касается вопроса ремонта несущих трехслойных панелей из полимерных композиционных материалов (ПКМ) со средним слоем из пенопласта.

Способ изготовления секций трехслойной конструкции из полимерных композиционных материалов // 2653459

Изобретение относится к пластмассовому судостроению и может быть использовано при изготовлении секций переборок, выгородок, стенок рубок и надстроек трехслойной конструкции из полимерных композиционных материалов (ПКМ).

Способ изготовления узлов соединения связей корпусных конструкций из полимерных композиционных материалов (пкм) // 2648432

Изобретение относится к пластмассовому судостроению и касается изготовления конструкций, содержащих соединяемые панели (связи) из полимерного композиционного материала (ПКМ) с применением угловых соединительных элементов и адгезионных составов и может быть использовано при изготовлении узлов соединения связей корпусных конструкций кораблей и судов.

Способ формирования корпуса судна из листового композиционного материала // 2625389

Изобретение относится к технологии строительства плавсредств из стеклопластика и может быть использовано в гражданском судостроении. Способ изготовления корпуса судна включает в себя изготовление матрицы, обшивку матрицы лентами, извлечение матрицы с последующим формированием продольно-поперечного набора, заполнением корпуса судна теплоизоляционным слоем и накладыванием полос из стеклоткани.

Способ изготовления трехмерного объекта из композитного материала // 2623772

Изобретение относится к трехмерным композитным конструкциям и касается способа изготовления трехмерного объекта из композиционного материала. Объект выполняют из композитного материала, при этом указанный объект является относительно прочным и легким и имеет сложную трехмерную конфигурацию.

Плавательное средство сборно-разборного типа // 2613668

Изобретение относится к области водного туристического и спортивного инвентаря, и может быть использовано для изготовления и сборки индивидуальных плавательных средств.

Резервуар из композитных материалов для хранения и транспортирования сжиженных газов и способ его изготовления // 2533874

Изобретение относится к судостроению. Резервуар из композитных материалов для хранения и транспортировки сжиженных газов содержит корпус, образованный из трехслойных панелей, имеющих внутренний теплоизоляционный слой и два слоя обшивок из стеклопластика, и ребра жесткости.

Способ формования крупногабаритных несущих конструкций малых судов // 2526399

Изобретение относится к технологии судостроения и может быть использовано для изготовления судовых несущих крупногабаритных конструкций малых судов. Для формования крупногабаритных несущих конструкций малых судов из композиционного материала используют послойную укладку стеклоармирующего элемента и связующего состава на поверхность оснастки, прикатку, выдержку до отверждения материала и съем с оснастки.

Судно (плавательное средство) // 2470822

Изобретение относится к судостроению, а именно к изготовлению корпусов плавательных средств из пластмассовых конструкционных элементов. .

Узел соединения конструкционных элементов судна // 2470821

Изобретение относится к области судостроения, в частности к устройствам скрепления стыков соединяемых частей корпуса судна и/или его надстроек, выполненных из композитного материала.

Способ изготовления трехслойной композитной панели // 2669279

Изобретение относится к области получения композиционных материалов и касается способа изготовления трехслойной композитной панели с сотовым заполнителем. Способ включает в себя следующие операции: по аддитивной технологии изготавливают средний слой из пластика с требуемыми конструктивными параметрами «сот»; из металлических листов вырезают верхний и нижний слои необходимого размера; механически обрабатывают или травят поверхности верхнего и нижнего слоев для обеспечения требуемого микрорельефа; устанавливают нижний и верхний слои в пресс обработанными поверхностями друг напротив друга; располагают средний слой между нижним и верхним слоями; поочередно нагревают верхний и нижний слои до температуры плавления среднего слоя с одновременным осаждением на заданный размер.

Низкопористый ауксетический листовой материал // 2664895

Изобретение относится к твердым телам, имеющим искусственные пористые структуры, и касается низкопористого ауксетического листового материала. Конструкционный материал содержит конструкцию из структур с продолговатыми порами, причем каждая из структур с продолговатыми порами включает в себя одну или более субструктур, первое множество первых структур с продолговатыми порами и второе множество вторых структур с продолговатыми порами, причем каждая из первых и вторых структур с продолговатыми порами имеет большую ось и малую ось, большие оси первых структур с продолговатыми порами перпендикулярны большим осям вторых структур с продолговатыми порами, первые и вторые множества структур с продолговатыми порами расположены в матрице рядов и столбцов, при этом каждый из рядов и каждый из столбцов выполнен чередующимся между первыми и вторыми структурами с продолговатыми порами, первые и вторые структуры с продолговатыми порами выполнены в форме двутавровых щелевых отверстий, так что пористость структур с продолговатыми порами ниже значения около 10%, и конструкция из структур с продолговатыми порами определяет элементарные ячейки, которые в качестве реакции на одноосное напряжение обеспечивают демонстрацию листовым материалом поведения с отрицательным коэффициентом Пуассона.

Способ изготовления фильтрующих мембран при помощи аддитивной технологии и полученные мембраны // 2663768

Изобретение относится к технической области фильтрующих элементов. Способ изготовления мембраны для тангенциальной фильтрации текучей среды, при этом указанная мембрана содержит: подложку, имеющую трехмерную структуру и образованную монолитным керамическим пористым телом, в котором выполнены пути для циркуляции фильтруемой текучей среды и разделительный фильтрующий слой, нанесенный на стенку циркуляционных путей, в котором трехмерную структуру подложки получают посредством аддитивной технологии, согласно которой трехмерную структуру подложки рассекают на участки при помощи программы компьютерного проектирования, при этом указанные участки создают поочередно в форме элементарных пластов, расположенных друг над другом и последовательно связанных между собой, при помощи повторения следующих двух этапов, на которых: а) наносят однородный сплошной слой порошка постоянной толщины, предназначенного для формирования керамического пористого тела на площади, превышающей рисунок сечения указанного формируемого пористого тела на уровне пласта; b) в соответствии с рисунком, определенным для каждого пласта, локально уплотняют часть нанесенного материала для создания элементарного пласта, при этом указанные два этапа повторяют для того, чтобы при каждом повторении одновременно связывать сформированный таким образом элементарный пласт с предыдущим пластом, постепенно наращивая требуемую трехмерную форму.

Многоопорная стеновая конструкция // 2661947

Изобретение относится к многоопорной стеновой конструкции. Многоопорная стеновая конструкция включает: верхнюю опорную пластину, оснащенную множеством прямоугольных выступающих частей, разделенных решетчатыми выступами в виде доски для игры в го и направленных вверх в направлении, противоположном решетчатым выступам; промежуточную армирующую пластину, оснащенную направленными вверх выступающими вставками в форме, соответствующей прямоугольным выступающим частям, монтируемым в прямоугольные выступающие части верхней опорной пластины с верхними пазами в поперечной и продольной форме между направленными вверх выступающими вставками для расположения решетчатых выступов, с направленными вниз выступающими вставками, имеющими аналогичную форму, но в направлении, противоположном направленным вверх выступающим вставкам в местах, диагонально прилегающим к направленным вверх выступающим вставкам, и с нижними пазами в поперечной и продольной форме между направленными вниз выступающими вставками.

Сотовая структура // 2660879

Изобретение относится к сотовой структуре для использования в качестве сотового наполнителя трансформирующихся оболочек. Сотовая структура образована из шестигранников, состоящих из шести протяженных тонких пластин, при этом образована, по меньшей мере, из трех фрагментов, соединенных в равносторонний треугольник в виде решетки с треугольными ячейками.

Складчатый заполнитель панели // 2658722

Изобретение относится к конструкциям заполнителей, применяемых в различных областях промышленности, в частности, для изготовления многослойных панелей. Складчатый заполнитель панели состоит из повторяющихся ячеистых фрагментов, образованных гранями, соединенными между собой по ребрам.

Способ изготовления сотового заполнителя // 2651012

Изобретение относится к способу изготовления сотового заполнителя из стеклоткани и может быть использовано в ракето-, самолето- и судостроении, строительной, мебельной и упаковочной промышленности при изготовлении трехслойных конструкций сложной кривизны.

Способ изготовления керамической шумозащитной панели изогнутой формы // 2646061

Изобретение относится к области шумозащитных панелей и касается способа изготовления керамической шумозащитной панели изогнутой формы. Способ включает следующие операции: пропитку волоконной структуры, определяющей сотовую структуру, смолой-прекурсором керамики; полимеризацию смолы-прекурсора керамики при удержании волоконной структуры на устройстве, форма которого соответствует изогнутой форме окончательно получаемой сотовой структуры; прикрепление к сотовой структуре первой и второй обшивок; каждая из обшивок представляет собой волоконную структуру, пропитанную смолой-прекурсором керамики, и обе обшивки прикрепляются к указанной сотовой структуре до или после полимеризации смолы указанных обшивок; пиролизацию собранного узла, включающего в себя сотовую структуру с первой и второй обшивками; и уплотнение указанного узла посредством химической инфильтрации в паровой фазе.

Силовые кессонные конструкции и способы их получения // 2641026

Силовая кессонная конструкция содержит верхние и нижние композитные комплексные сэндвичевые панели. Панели включают листовые обшивки, образующие сэндвичевую конструкцию с одним или более заполнителями и смежными плотными пакетами, ориентированными в аксиальном направлении.

Конструкция на основе суперпластического формообразования/диффузного связывания для ослабления шума от потока воздуха // 2637276

Изобретение относится к летательным аппаратам и касается конструкции турбореактивного двигателя и гондолы двигателя. Внутренняя стенка гондолы включает в себя монолитную слоистую конструкцию на основе суперпластического формообразования и диффузного связывания, Монолитная слоистая конструкция содержит сердцевину, расположенную между первым и вторым облицовочными листами с образованием слоистой конструкции.

Многослойный листовой материал для вакуумного формования // 2601455

Изобретение относится к многослойному листовому материалу для вакуумного формования. Многослойный листовой материал включает набор слоев, проницаемых для воздуха и контролируемых таким образом, чтобы в первом состоянии проникание жидкой смолы через набор слоев блокировалось, а во втором состоянии жидкая смола была способна по крайней мере частично проникать через набор слоев.