Способ получения слоистой структуры

Изобретение относится к способу получения слоистой структуры из двух стальных поверхностей, разделённых полимерным слоем, включающему в себя этапы, на которых: рассчитывают размеры слоистой структуры с учётом достигаемой цели, проводя при этом частичные этапы, на которых: определяют достигаемую цель посредством трёх целевых показателей, а именно посредством жёсткости при растяжении Т_с, выраженной в кН/мм, жёсткости при изгибе В_с, выраженной в кН/мм, и поверхностной плотности М_с, выраженной в кг/м², определяют допуск на достижение целевых показателей, определяют слоистую структуру посредством пяти переменных величин, в частности посредством толщины Е_а стальных поверхностей в мм, толщины Е_р полимерного слоя в мм, действительного модуля Юнга Y_p полимерного слоя, действительной плотности d_p полимерного слоя и объёмного содержания R_p полимерного слоя, выраженного в объёмных процентах полимерного слоя, содержащего вещество, идентифицируют сочетания Е_а, Е_р, Y_p, d_p и R_p, которые позволяют достигнуть целевые показатели при заданном допуске, отсюда выводят по каждой переменной величине рабочий диапазон, отбирают сталь и полимерный слой, по которым каждая переменная величина располагается в диапазоне, который определили на предыдущем этапе, изготавливают соответствующую слоистую структуру. Изобретение обеспечивает создание способа получения облегченной слоистой структуры для использования в автомобилестроении. 3 н. и 11 з.п. ф-лы.

 

Настоящее изобретение относится к слоистым структурам, содержащим полимерный слой между двумя стальными поверхностями, и способу их получения.

Снижение энергопотребления автомобилями достигается, в частности, уменьшением их веса.

Сталь, обычно применяемая для изготовления как элементов обшивки, так и конструктивных элементов, конкурирует с более лёгкими металлами, такими, как алюминий, и с композитными материалами, такими, как полимеры, упроченные стеклянными или углеродными волокнами.

Слоистые структуры способны создать альтернативу, однако их сложность затрудняет определение их размеров.

Поэтому задачей настоящего изобретения является создание способа получения слоистой структуры, который упростил бы определение размеров слоистой структуры с учётом достигаемой цели.

Для этого первым объектом изобретения служит способ получения слоистой структуры из двух стальных поверхностей, разделённых между собой слоем полимера, включающий в себя следующие этапы:

- определение размеров слоистой структуры с учётом достигаемой цели с проведением частичных этапов, на которых:

- определяют достигаемую цель посредством трёх целевых показателей, а именно посредством жёсткости при растяжении Т_с, выраженной в кН/мм, жёсткости при изгибе В_с, выраженной в кН/мм, и поверхностной плотности М_с, выраженной в кг/м²,

- определяют допуск на достижение целевых показателей,

- определяют слоистую структуру посредством пяти переменных величин, в частности, толщины Е_а стальных поверхностей в мм, толщины Е_р полимерного слоя в мм, действительного модуля Юнга Y_p полимерного слоя, действительной плотности d_p полимерного слоя и объёмного содержания R_p полимерного слоя, выраженного в объёмных процентах полимерного слоя, содержащего материал,

- идентифицируют сочетания Е_а, Е_р, Y_p, d_p и R_p, которые позволяют достигнуть целевые показатели при заданном допуске,

- отсюда выводят для каждой переменной величины рабочий диапазон,

- отбирают сталь и полимерный слой, по которым каждая переменная величина располагается в диапазоне, который определили на предыдущем этапе,

- изготавливают соответствующую слоистую структуру.

Также способ согласно изобретению может включать в себя следующие факультативные признаки, взятые раздельно или в сочетании:

- достигаемой целью является монолитный металлический материал, иной, чем сталь,

- достигаемой целью является алюминий,

- достигаемой целью является алюминий толщиной 0,9 мм,

- достигаемой целью является алюминий толщиной 0,8 мм,

- допуск на достижение целевых показателей составляет 10 %,

- этап идентификации сочетаний Е_а, Е_р, Y_p, d_p и R_p, позволяющих достигнуть целевые показатели посредством заданного допуска, содержит этап, на котором создают сочетания Е_а, Е_р, Y_p, d_p и R_p,

- способ содержит этап графического анализа произведённых сочетаний Е_а, Е_р, Y_p, d_p и R_p.

Другим объектом изобретения является слоистая структура, получаемая способом согласно изобретению, применяемым для целевого алюминия толщиной 0,9 мм при Т_с = 31,5 Н/мм, В_с = 10,2 Н/мм, М_с = 2,43 кг/м² и допуске 10%, при этом слоистая структура состоит из:

- двух стальных поверхностей толщиной Е_а от 0,133 до 0,165 мм,

- полимерного слоя, расположенного между обеими поверхностями и обладающего:

- толщиной Е_р от (-2,5хЕ_а+0,713) до (-2,5хЕ_а+0,88),

- плотностью d_p от 0,9 до 1,4,

- объёмным содержанием R_p, превышающим или равным 0,2, строго меньше 1,

- модулем Юнга Y_p меньше 4000 МПа,

- объёмным содержанием R_p и модулем Юнга Y_p, удовлетворяющим неравенство:

Y_p*(0,49*R_p²+0,23*R_p+1/(Y_p*(1-R_p))) ≥ 50 МПа.

Такая слоистая структура согласно изобретению может также обладать следующими факультативными признаками, взятыми раздельно или в сочетании:

- толщина Е_а стали составляет от 0,141 до 0,158 мм, толщина Е_р полимерного слоя составляет от (-2,5хЕ_а+0,73) до (-2,5хЕ_а+0,87),

- полимерный слой содержит смесь из полиамида, сополимера этилена и ненасыщенной карбоновой кислоты и/или её производного.

Третьим объектом изобретения является слоистая структура, получаемая способом по любому из пунктов 1 – 9, применяемым для целевого алюминия толщиной 0,8 мм при Т_с = 28,0 Н/мм, В_с = 7,2 Н/мм, М_с = 2,16 кг/м² и допуске 10 %, при этом слоистая структура состоит из:

- двух стальных поверхностей толщиной Е_а от 0,118 до 0,146 мм,

- полимерного слоя, включённого между обеими поверхностями и обладающего:

- толщиной Е_р от (-2,5хЕ_а+0,632) до (-2,5хЕ_а+0,75),

- плотностью d_p от 0,9 до 1,4,

- объёмным содержанием R_p свыше или равным 0,2, строго меньшим 1,

- модулем Юнга Y_p менее 4000 МПа,

- объёмным содержанием R_p и модулем Юнга Y_p, удовлетворяющим неравенство:

Y_p*(0,49*R_p²+0,23*R_p+1/(Y_p*(1-R_p))) ≥ 50 МПа.

Эта слоистая структура согласно изобретению может также содержать следующие факультативные признаки, взятые раздельно или в сочетании:

- толщина Е_а стали составляет от 0,126 до 0,140 мм, толщина Е_р полимерного слоя составляет от (-2,5хЕ_а+0,646) до (-2,5хЕ_а+0,728),

- смесь из полиамида, сополимера этилена и ненасыщенной карбоновой кислоты и/или её производного.

Другие признаки и преимущества изобретения приводятся ниже в описании.

Определение размеров слоистой структуры проводится прежде всего выбором достигаемой цели. Этой целью может служить безразлично либо виртуальная цель, охарактеризованная только целевыми показателями, либо конкурирующий продукт, рабочие показатели которого пытаются воспроизвести. Во втором случае цель содержит в качестве целевых показателей показатели целевого конкурирующего материала.

В частности, достигаемая цель охарактеризована тремя целевыми показателями, а именно жёсткостью при растяжении Т_с в кН/мм, жёсткостью при изгибе В_с в кН/мм и поверхностной плотностью М_с в кг/м².

В качестве не ограничивающих примеров, в случае с алюминием как целевым материалом, целевые показатели Т_с, В_с и М_с могут иметь соответственно следующие значения:

- 31,5 Н/мм, 10,2 Н/мм, 2,43 кг/м² при толщине алюминия 0,9 мм,

- 28,0 Н/мм, 7,2 Н/мм, 2,16 кг/м² при толщине алюминия 0,8 мм.

В рамках определения размеров слоистой структуры разрешается допуск на достижение целевых показателей. Этот допуск может задаваться в каждом случае отдельно специалистом с учётом критичности целевого показателя в данных условиях.

Первое приближение может состоять, например, в допущении того, что целевые показатели могут достигаться при более или менее 10 %, предпочтительно при более или менее 5 %.

Затем слоистая структура охарактеризуется толщиной Е_а стальных поверхностей в мм, толщиной Е_р полимерного слоя в мм, собственным модулем Юнга Y_p полимерного слоя, собственной плотностью d_p полимерного слоя в МПа и объёмным содержанием R_p полимерного слоя в объёмных процентах полимерного слоя, содержащего материал.

Под собственным модулем Юнга полимерного слоя подразумевается модуль Юнга полимера или смеси из образующих полимерный слой полимеров, при этом возможное вспенивание полимерного слоя исключается.

Под собственной плотностью полимерного слоя подразумевается плотность полимера или смеси из образующих полимерный слой полимеров, при этом возможные наполнители и возможное вспенивание исключаются из расчёта плотности.

Объёмное содержание R_p является функцией возможного вспенивания полимерного слоя. Следовательно, в случае отсутствия вспенивания объёмное содержание составит 1. Контроль за объёмным содержанием проходит через контроль за степенью вспенивания. Предпочтительно полимерный слой вспенивается, т. е. R_p составляет строго менее 1. Вспенивание создаёт для слоистой структуры превосходный компромисс между снижением веса и механическими свойствами.

Следующий этап состоит в идентификации сочетаний Е_а, Е_р, Y_p, d_p и R_p, которые позволяют достичь целевые показатели при заданном допуске.

Этот этап может проводиться посредством любого способа, известного среднему специалисту.

В качестве не ограничивающего примера ниже описан возможный метод.

Первый этап этого метода заключается в создании сочетаний Е_а, Е_р, Y_p, d_p и R_p следующим образом:

- задают модуль Юнга Y_a1 для первой стальной поверхности, равный 210000 МПа,

- задают размеры первой металлической поверхности, в частности, ширину I_a1 = 50 мм и длину L_a1 = 100 мм,

- задают коэффициент Пуассона (Poisson) v_a1 для первой стальной поверхности, равный 0,3,

- задают размеры полимерного слоя, в частности, ширину I_p = 50 мм и длину L_p = 100 мм,

- задают коэффициент Пуассона v_p для полимерного слоя, равный 0,3,

- задают толщину Е_а2 для второй стальной поверхности, равную толщине первой поверхности,

- задают модуль Юнга Y_a2 для второй стальной поверхности, равный 210000 МПа,

- задают размерность второй стальной поверхности: ширину I_a2 = 50 мм, длину L_a2 = 100 мм,

- задают коэффициент Пуассона v_a2 для второй стальной поверхности, равный 0,3,

- изменяют приблизительно толщину Е_а1 первой стальной поверхности предпочтительно от 0,1 до 0,2 мм для ограничения числа итераций,

- изменяют приблизительно толщину Е_р полимерного слоя предпочтительно от 0 до 1 мм для ограничения числа итераций,

- изменяют приблизительно действительный модуль Юнга Y_p полимерного слоя,

- изменяют приблизительно объёмное содержание R_p полимерного слоя,

- изменяют приблизительно собственную плотность d_p полимерного слоя,

- рассчитывают квадратичный момент инерции ММ4_а1 первой стальной поверхности посредством отношения: ММ4_а1 = I_a*Е_а1^3/12,

- рассчитывают модуль среза Gc_a1 первой стальной поверхности посредством отношения: Gc_a1 = Y_a1/(2*(1+v_a1)),

- рассчитывают нейтральное волокно NF_a1 для первой стальной поверхности посредством отношения: Gc_a1 = Е_а1/2,

- рассчитывают массу М_а1 первой стальной поверхности посредством отношения: М_а1 = Е_а1*7,8,

- рассчитывают кажущийся модуль Юнга Yapp_p полимерного слоя посредством отношения: Yapp_p = Y_p*(0,7^2*R_p^2+(1-0,77)*R_p+1/(Y_p*(1-R_p))),

- рассчитывают квадратичный момент инерции ММ4_р полимерного слоя посредством отношения: ММ4_р = I_p*E_p^3/12,

- рассчитывают модуль среза Gc_p полимерного слоя посредством отношения Gc_p = Yapp_p/(2*(1+v_p)),

- рассчитывают нейтральное волокно NF_p полимерного слоя посредством отношения: NF_p = E_p/2+E_a1,

- рассчитывают массу М_р полимерного слоя посредством отношения: М_р = R_p*E_p*d_p,

_- рассчитывают квадратичный момент инерции ММ4_а2 для второй стальной поверхности посредством отношения: ММ4_а2 = I_a2*E_a2^3/12,

- рассчитывают модуль среза Gc_a2 для второй стальной поверхности посредством отношения: Gc_a2 = Y_a2/(2*(1+v_a2)),

- рассчитывают нейтральное волокно NF_a2 для второй стальной поверхности посредством отношения: NF_a2= E_a2/2+E_p+Е_a1,

- рассчитывают массу М_а2 второй стальной поверхности посредством отношения: М_а2 = Е_а2*7,8,

- отсюда выводят жёсткость при изгибе В_s слоистой структуры посредством отношения:

B_s = 1/(L_a2^3/(48*A)+L_a2/(4*D),

где: А = (Y_a1*MM4_a1+E_a1*Y_a1*I_a*(Gc_a1-C) ^2) + (Yapp_p*MM4_p+E_p* Yapp_p*I_p*(NF_p-C) ^2) + (Y_a2*MM4_a2+E_a2*Y_a2*I_a2*(NF_a2-C) ^2) ,

D = I_p*Gc_p*((E_a1+E_a2)/2+E_p) ^2/E_p,

при этом:

С=(E_a1*Y_a1*I_a*Gc_a1+E_p*Yapp_p*I_p*NF_p+E_a2*Y_a2*I_a2*NF_a2)/(E_a1*Y_a1*I_a+E_p*Yapp_p*I_p+E_a2*Y_a2*I_a2),

- отсюда выводят жёсткость при растяжении T_s слоистой структуры посредством отношения:

T_s = 50/100*(Y_a1 *E_a1 + Yapp_p*E_p + Y_a2*E_a2)/1000,

- выводят массу M_s слоистой структуры посредством отношения:

M_s = M_a1 + M_p + M_a2,

- сравнивают T_s, B_s, M_s с целевыми показателями Т_с, В_с и М_с, которые были определены при помощи заданного допуска.

Полученные результаты анализировали с целью идентификации сочетаний Е_а, Е_р, Y_p, d_p и R_p, позволяющих достигнуть целевые показатели с помощью заданного допуска. Эти результаты могут анализироваться, в частности, графически. В качестве примера график может отображать толщину Е_р полимерного слоя в зависимости от толщины Е_а стальной поверхности и действительного модуля Юнга Y_p полимерного слоя. Также график может отображать толщину Е_р полимерного слоя в зависимости от толщины Е_а стальной поверхности и объёмного содержания R_p полимерного слоя.

В ходе идентификации сочетаний Е_а, Е_р, Y_p, d_p и R_p , позволивших достигнуть целевые показатели при помощи заданного допуска, некоторые из сочетаний могут быть исключены, так как они были идентифицированы, как не функционирующие.

В качестве примера следует указать на слоистые структуры, имевшие кажущийся модуль Юнга полимерного слоя менее 50 МПа. Действительно при величине ниже этого значения было установлено, что изменение модуля Юнга во времени становится слишком чувствительным к окружающей среде. В частности, просачивание воды или подверженность слоистой структуры действию температур, близких к точке плавления полимерного слоя, создаёт опасность начала среза слоистой структуры и нарушения сцепления.

Также было установлено, что объёмное содержание, составляющее менее 0,2, т. е. вспенивание свыше 80%, не позволяет достичь и/или сохранить достаточную жёсткость слоистой структуры.

В качестве примера можно вывести по целевому алюминию толщиной 0,9 мм при Т_с = 31,5 Н/мм, В_с = 10,2 Н/мм, М_с = 2,43 кг/м² и допуске 10% рабочий диапазон, характеризующийся:

- толщиной Е_а стали от 0,133 до 0,165 мм,

- толщиной Е_р полимерного слоя от (-2,5хЕ_а+0,713) до (-2,5хЕ_а+0,88),

- плотностью d_p полимерного слоя от 0,9 до 1,4,

- объёмным содержанием R_p полимерного слоя от 0,2 до 1,

-модулем Юнга Y_p полимерного слоя менее 4000 МПа,

- объёмным содержанием R_p и модулем Юнга Y_p, удовлетворяющим неравенство:

Y_p*(0,49*R_p² + 0,23*R_p+1/(Y_p*(1-R_p))) ≥ 50 МПа.

Также для целевого алюминия толщиной 0,9 мм при Т_с = 31,5 Н/мм, В_с = 10,2 Н/мм, М_с = 2,43 кг/м² и допуске 5 % определили рабочий диапазон, характеризующийся:

- толщиной Е_а стали от 0,141 до 0,158 мм,

- толщиной Е_р полимерного слоя от (-2,5хЕ_а+0,73) до (-2,5хЕ_а+0,87),

- плотностью d_p полимерного слоя от 0,9 до 1,4,

- объёмным содержанием R_p полимерного слоя от 0,2 до 1,

-модулем Юнга Y_p полимерного слоя менее 4000 МПа,

- объёмным содержанием R_p и модулем Юнга, удовлетворяющим неравенство:

Y_p*(0,49*R_p² + 0,23*R_p+1/(Y_p*(1-R_p))) ≥ 50 МПа.

Также для целевого алюминия толщиной 0,8 мм при Т_с = 28,0 Н/мм, В_с = 7,2 Н/мм, М_с = 2,16 кг/м² и допуске 10 % определили рабочий диапазон, характеризующийся:

- толщиной Е_а стали от 0,118 до 0,146 мм,

- толщиной Е_р полимерного слоя от (-2,5хЕ_а+0,632) до (-2,5хЕ_а+0,75),

- плотностью d_p полимерного слоя от 0,9 до 1,4,

- объёмным содержанием R_p полимерного слоя от 0,2 до 1,

-модулем Юнга Y_p полимерного слоя менее 4000 МПа,

- объёмным содержанием R_p и модулем Юнга, удовлетворяющим неравенство:

Y_p*(0,49*R_p² + 0,23*R_p+1/(Y_p*(1-R_p))) ≥ 50 МПа.

Также для целевого алюминия толщиной 0,8 мм при Т_с = 28,0 Н/мм, В_с = 7,2 Н/мм, М_с = 2,16 кг/м² и допуске 10 % определили рабочий диапазон, характеризующийся:

- толщиной Е_а стали от 0,126 до 0,140 мм,

- толщиной Е_р полимерного слоя от (-2,5хЕ_а+0,646) до (-2,5хЕ_а+0,728),

- плотностью d_p полимерного слоя от 0,9 до 1,4,

- объёмным содержанием R_p полимерного слоя от 0,2 до 1,

-модулем Юнга Y_p полимерного слоя менее 4000 МПа,

- объёмным содержанием R_p и модулем Юнга, удовлетворяющим неравенство:

Y_p*(0,49*R_p² + 0,23*R_p+1/(Y_p*(1-R_p))) ≥ 50 МПа.

Следующий этап состоит в отборе стали и полимерного слоя, по которым каждая переменная величина находится в диапазоне, который определили на предыдущем этапе.

Средний специалист, которому известны свойства сталей и полимеров, может без труда сделать такой выбор.

В частности, при выборе стали он руководствуется приведёнными ниже соображениями.

Предпочтительно поверхности образованы стальной фольгой толщиной Е_а от 0,1 до 0,2 мм. При меньшей толщине становится сложно получить достаточную жёсткость слоистой структуры при изгибе. При большей толщине вес стальной фольги не позволяет получить достаточно облегчённую слоистую структуру. Предпочтительно стальные фольги имеют толщину от 0,118 до 0,165 мм. Ещё более предпочтительно стальные фольги имеют толщину от 0,16 до 0,158 мм.

Выбор марки стали определяется её назначением. В области автомобилестроения обычно применяемыми марками стали являются, в частности, ES (EN DC01 – DC06), а также марки HLE (EN H240LA – H400LA). Предпочтительно стали выбираются из марок IF-Ti. Эти марки обладают тем преимуществом, что они очень слабо чувствительны к дисперсионному твердению после прокаливания (bake hardening), благодаря чему их можно применять без вреда на этапе производства слоистой структуры, на котором слоистую структуру нагревают до температуры порядка 240 – 250 ⁰С. Кроме того такие марки стали обладают преимуществом, заключающемся в очень высокой штампуемости.

Такие стальные поверхности могут не иметь покрытия. В качестве альтернативы они могут содержать покрытие, улучшающее их рабочие параметры, в частности, их стойкость против коррозии. В том случае, когда сталь имеет покрытие, её толщиной Е_а считается толщина стальной поверхности без покрытия, при этом толщина покрытий не учитывается.

Покрытие может быть металлическим и наносится гальванически при окунании, электроосаждением или же способом покрытия в вакууме, таким, как осаждение в паровой фазе или осаждение паровой струей со звуковой скоростью. Такое покрытие может содержать один или несколько металлов, выбранных из цинка, алюминия, магния и кремния. В качестве не ограничивающего примера можно указать на покрытие из цинка (G1), легированного цинка (GA), цинкового сплава (ZnMg) с содержанием от 0,1 до 10 вес. % магния, цинкового сплава с содержанием от 0,1 до 10 вес. % магния и от 5 до 11 вес. % алюминия (ZnAlMg), цинкового сплава с содержанием 5% вес. алюминия (Galfan^®) , цинкового сплава с содержанием 55 вес. % алюминия, около 1,5 вес. % кремния, остальное – цинк и неизбежные при выплавке примеси (Aluzinc^®, Galvalume^®), алюминиевого сплава с содержанием от 8 до 11 вес. % кремния и от 2 до 4 вес. % железа, остальное – алюминий и неизбежные при выплавке примеси (Alusi^®) (Alupur^®), алюминиевое покрытие (Alupur^®).

Покрытие может также подвергаться операции обработки поверхности или лакирования или окраски или нанесения масляного покрытия. Эти покрытия известны среднему специалисту. Он умеет ими пользоваться и подбирать в каждом случае отдельно.

Средний специалист руководствуется также при своём выборе полимерного слоя следующими соображениями.

Полимерный слой может состоять из одного полимера или смеси, состоящей, по меньшей мере, из двух полимеров (именуемых ниже полимерной смесью).

Выбор полимера или полимерной смеси определяется в принципе условиями, в которых полимер или полимерная смесь будет находиться во время изготовления слоистой структуры и её применения.

Таким образом предпочтительно выбирают полимер или полимерную смесь:

- у которых точка плавления не превышает 220 – 240 °С, что позволяет их применять на поточных линиях производства слоистых структур без необходимости в избыточном нагреве,

- которые сохраняют прочность на этапе катафореза, на котором проводится изготовление автомобиля и на котором нанесённая на него краска обжигается в течение около 45 минут при температуре до 210 °С.

Предпочтительно композитный слой обладает способностью сцепления с металлом, которое достаточно для применения в виде монослоя, закреплённого непосредственно на стальных поверхностях в процессе производства слоистых структур. В качестве альтернативы полимерный слой может закрепляться на стальных поверхностях посредством клея или адгезива, наносимых на поверхность раздела «полимерный слой / стальная поверхность». В качестве альтернативы полимерный слой может состоять из одного полимера, периферические слои которого обладают хорошей сцепляемостью с металлом.

Согласно варианту выполнения изобретения полимерная смесь содержит полиамид, такой, как РА6, РА6-6, РА11, РА12, РА4-6, РА6-10, РА6-12, плотность и модули Юнга которого известны. Предпочтительно полимерная смесь содержит полиамид, сополимер этилена и не насыщенную карбоновую кислоту и/или её производное. Подробное описание свойств компонентов такой смеси и способ её получения раскрыты в заявке на патент WO 2005/0142278, на которую здесь делается ссылка. Указанные, основанные на полиамиде смеси обладают тем преимуществом, что они сохраняют прочность на этапе катафореза, после формования имеют привлекательный внешний вид поверхности и обладают хорошим сцеплением с металлом.

Согласно варианту выполнения изобретения полимерная смесь является двухфазной и содержит в себе:

- полиамид с точкой плавления, по большей мере, равной 210°С,

- модифицированный полиолефин с карбоксильными группами,

реологические свойства которого в расплавленном состоянии характеризуются пороговым напряжением.

Подробное описание свойств компонентов такой смеси и способ её получения содержатся в заявке на патент WO 2012/076763, на которую здесь делается ссылка.

Такая полимерная смесь обладает тем преимуществом, что она хорошо сохраняется на этапе катафорезе при 210°С, при этом её температура плавления не превышает 210°С, что упрощает её применение и следовательно изготовление слоистой структуры.

Полимерный слой может быть вспенен.

Присутствие газовых пузырьков в смеси может быть вызвано либо добавкой в полимерную смесь расширяющего вещества, либо физическим введением газовых пузырьков в смесь в процессе её применения.

В случае применения расширяющего вещества оно водится предпочтительно в полимер или полимерную смесь во время их приготовления. При изготовлении слоистой панели нагрев полимерного слоя активирует расширяющее вещество, вследствие чего газ высвобождается из полимера. Размер вспенивания и, следовательно, объёмное содержание R_p контролируются количеством расширяющего вещества, добавленного в полимерный слой. Из расширяющих веществ можно указать в качестве примера на микрошарики Expancel^®, добавляемые в полимерный слой в количестве нескольких весовых процентов.

Само по себе изготовление или сборка поверхностей и полимерного слоя может проводиться любым известным среднему специалисту способом.

1. Способ получения слоистой структуры из двух стальных поверхностей, разделённых полимерным слоем, включающий в себя этапы, на которых:

рассчитывают размеры слоистой структуры с учётом достигаемой цели, проводя подэтапы, на которых:

определяют достигаемую цель посредством трёх целевых показателей, а именно посредством жёсткости при растяжении Т_с, выраженной в кН/мм, жёсткости при изгибе В_с, выраженной в кН/мм, и поверхностной плотности М_с, выраженной в кг/м²,

определяют допуск на достижение целевых показателей,

определяют слоистую структуру посредством пяти переменных величин, в частности посредством толщины Е_а стальных поверхностей в мм, толщины Е_р полимерного слоя в мм, действительного модуля Юнга Y_p полимерного слоя, действительной плотности d_p полимерного слоя и объёмного содержания R_p полимерного слоя, выраженного в объёмных процентах полимерного слоя материала,

идентифицируют сочетания Е_а, Е_р, Y_p, d_p и R_p, которые позволяют достигнуть целевых показателей, имеющих заданный допуск, и

по каждой переменной величине определяют рабочий диапазон,

отбирают сталь и полимерный слой, для которых каждая переменная величина находится в диапазоне, определенном на предыдущем этапе,

изготавливают соответствующую слоистую структуру.

2. Способ по п. 1, в котором достигаемой целью является монолитный металлический материал, иной, чем сталь.

3. Способ по п. 2, в котором достигаемой целью является алюминий.

4. Способ по п. 3, в котором достигаемой целью является алюминий толщиной 0,9 мм.

5. Способ по п. 3, в котором достигаемой целью является алюминий толщиной 0,8 мм.

6. Способ по любому из пп. 1-5, в котором допуск на достижение целевых показателей составляет 10 %.

7. Способ по любому из пп. 1-6, в котором этап идентификации сочетаний Е_а, Е_р, Y_p, d_p и R_p, которые позволяют достигнуть целевые показатели, имеющие заданный допуск, содержит этап, на котором формируются сочетания Е_а, Е_р, Y_p, d_p и R_p.

8. Способ по п. 7, который содержит этап графического анализа сформированных сочетаний Е_а, Е_р, Y_p, d_p и R_р.

9. Слоистая структура, полученная способом по любому из пп. 1–8, применяемым для получения целевого алюминия толщиной 0,9 мм при Т_с=31,5 Н/мм, В_с=10,2 Н/мм_, М_с=2,43 кг/м² и допуске 10 % для слоистой структуры, включающей в себя:

две стальные поверхности толщиной Е_а от 0,133 до 0,165 мм,

полимерный слой, размещённый между двумя поверхностями и характеризующийся:

толщиной Е_р от (-2,5хЕ_а+0,713) до (2,5хЕ_а+0,88),

плотностью d_p от 0,9 до 1,4,

объёмным содержанием R_p, превышающим или равным 0,2, строго меньшим 1,

модулем Юнга менее 4000 МПа,

объёмным содержанием R_р и модулем Юнга, удовлетворяющим неравенство:

Y_p*(0,49*R_p²+0,23*R_p+1/(Y_p*(1-R_p)))≥50 МПа.

10. Слоистая структура по п. 9, в которой толщина Е_а стали составляет от 0,141 до 0,158 мм, а толщина Е_р полимерного слоя составляет от (-2,5хЕ_а+0,73) до (-2,5хЕ_а+0,87).

11. Слоистая структура по п. 9 или 10, в которой полимерный слой содержит смесь из полиамида и сополимера этилена и ненасыщенной карбоновой кислоты и/или её производного.

12. Слоистая структура, полученная способом по любому из пп. 1–8, применяемым для получения целевого алюминия толщиной 0,8 мм при Т_с=28,0 Н/мм, В_с= 7,2 Н/мм, М_с=2,16 кг/м² и допуске 10 %, содержащая:

две стальные поверхности толщиной Е_а от 0,118 до 0,146 мм,

полимерный слой, размещённый между двумя стальными поверхностями и характеризующийся:

толщиной Е_р от (-2,5хЕ_а+0,632) до (-2,5хЕ_а+0,75),

плотностью d_p от 0,9 до 1,4,

объёмным содержанием R_p, большим или равным 0,2 и строго меньшим 1,

модулем Юнга Y_p менее 4000 МПа,

объёмным содержанием R_p и модулем Юнга Y_p, удовлетворяющим неравенство:

Y_p*(0,49*R_p²+0,23*R_p+1/(Y_p*(1-R_p)))≥50 МПа.

13. Слоистая структура по п. 12, в которой толщина Е_а стали составляет от 0,126 до 0,140 мм, а толщина Е_р полимерного слоя составляет от (-2,5хЕ_а+0,646) до (-2,5хЕ_а+0,728).

14. Слоистая структура по п. 12 или 13, в которой полимерный слой содержит смесь из полиамида и сополимера этилена и ненасыщенной карбоновой кислоты и/или её производного.