СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СЛОИСТОГО ИЗДЕЛИЯ ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 1995 года по МПК B29D9/00 B32B7/08 

Описание патента на изобретение RU2048295C1

Изобретение относится к технологии изготовления изделий из слоистых композиционных материалов и может быть использовано в машиностроении, авиационной и ракетно-космической технике.

Известен способ получения изделий из слоистых углерод-углеродных композиционных материалов, включающий формирование пакетов лент из углеродного или графитового волокна, пропитку их полимерным связующим, укладку вдоль заданного направления, отверждение горячим прессованием с последующей карбонизацией и уплотнением углеродной матрицей [1]
Недостатком известного способа является низкая межслоевая прочность армирующего каркаса, обусловленная отсутствием механических связей из наполнителя между слоями лент.

Известен способ изготовления слоистого изделия из композиционного материала, включающий предварительное дублирование каждого слоя волокна со связующим в виде пленки, формирование слоистой заготовки изделия и фиксацию его формы [2]
Известный способ не обеспечивает изготовления изделий сложной формы, например типа коробчатого каркаса и хорошего качества.

Для решения этой задачи в способе изготовления слоистого изделия из композиционного материала, включающем предварительное дублирование каждого слоя волокна со связующим в виде пленки, формирование слоистой заготовки изделия и фиксацию его формы, согласно изобретению, формирование заготовки осуществляют приданием формы на формообразующем элементе каждому слою с соединением его с предыдущим слоем при нагревании и давлении, после чего связующее удаляют, а полученную заготовку насыщают материалом матрицы.

На фиг. 1 изображена заготовка плоского армирующего каркаса; фиг. 2 фрагмент тонкостенного армирующего каркаса с углом.

П р и м е р 1. На фиг. 1 представлена заготовка плоского армирующего каркаса, состоящая из первого слоя 1, второго слоя 2, третьего слоя 3 волокнистого наполнителя из однонаправленной ленты, и слоев 4 термопластичной полиэтиленовой пленки, размещенной между указанными слоями наполнителя, а также на верхней и нижней плоскостях заготовки, причем полиэтиленовая пленка скреплена с контактирующими с ней поверхностями наполнителя. Второй слой 2 уложен так, что в нем волокна 6 сориентированы под углом 45о по отношению к волокнам 5 первого слоя 1, а третий слой 3 уложен так, что в нем волокна 7 сориентированы под углом 45о по отношению к волокнам 6 второго слоя 2. Заготовка каркаса прошита машинным способом нитью 8.

Способ осуществляют следующим образом.

Изготовление каркаса начинают с дублирования ленты с термопластичной пленкой, например с полиэтиленовой, толщиной 0,015-0,05 мм по ГОСТ 10354-82. Для этого берут однонаправленную углеродную ленту ЛУ-П ТУ 6-06-4-481-85, укладывают ее на плоскую поверхность, накрывают полиэтиленовой пленкой, а сверху на пленку укладывают фторлакоткань ОСТ 6-05-426-76, выполняющую роль антиадгезионной прокладки. Затем утюгом, нагретым до температуры 180-200оС, медленно проглаживают набранный пакет. Скорость перемещения утюга определяется процессом расплавления полиэтилена, что зависит от толщины и теплопроводности антиадгезионной прокладки. Оптимальное значение скорости устанавливается экспериментальным путем. В результате дублирования достигается фиксация структуры однонаправленной ленты на период дальнейших технологических операций по формированию армирующего каркаса. Дублированную ленту разрезают на заготовки и последовательно укладывают в пакет, ориентируя волокна в каждом слое в требуемом направлении. При этом каждый слой соединяют с предыдущим нагревом под давлением через фторлакоткань подобно тому, как это делается при дублировании ленты. В результате обеспечивается фиксация структуры армирующего каркаса. После набора полного пакета его прошивают углеродной нитью Урал-НШ-24 ТУ 6-06-4227-85 на тяжелой швейной машине 48 класса. В результате получают заготовку плоского армирующего каркаса (фиг. 1). Затем удаляют полиэтиленовую пленку, для чего полученную заготовку помещают в печь со средой аргона и проводят термообработку. Режим термообработки: скорость подъема температуры 100-150оС, выдержка при температуре 500±50оС в течение 30-40 мин с последующим свободным охлаждением.

При нагревании полиэтилена до 430оС происходит глубокий распад на парафины (65-67%) и олефины (16-19%). Кроме того, в продуктах разложения обнаруживается окись углерода (до 12%), водород (до 10%) и углекислый газ (до 1,6% ).

П р и м е р 2. На фиг. 2 представлен фрагмент коробчатого тонкостенного армирующего каркаса с угловым выступом, образованный верхней плоской поверхностью 9, двумя боковыми стенками 10 и 11 (последняя обозначена пунктиром) с отбортовками 12, 13. В месте стыка плоскости 9 с ребрами 10, 11 сформирован пространственный угол 14. Все указанные элементы каркаса имеют толщину 3, 4 мм и выполнены из 24 слоев однонаправленной углеродной ленты, причем волокна в каждом слое ориентированы под углом 45оотносительно волокон предыдущего слоя. Все элементы каркаса, исключая угол 14, прошиты машинным способом углеродной нитью 15. Перед изготовлением каркаса углеродную ленту дублируют с полиэтиленовой пленкой по технологии, приведенной в примере 1. Из дублированной ленты готовят выкройки с учетом необходимости формирования из них неплоских элементов каркаса. Формообразование каркаса осуществляют на стальной оправке, являющейся негативом внутренней коробчатой полости каркаса. Оправку устанавливают на плоскую поверхность, укладывают на нее первую внутреннюю выкройку и горячим прессованием формируют ее контуры, получая ребра 16 переходов плоскости 9 в стенки 10, 11, ребро 17 стыка стенок 10, 11 и ребра 18, 19 (последнее обозначено пунктиром) перехода стенок 10, 11 в отбортовки 12, 13. Аналогичным образом укладывают остальные выкройки, скрепляя каждую последующую с предыдущей горячим прессованием и добиваясь, чтобы стыки на выкройках (необходимые для формообразования угла 14), размещаемые на стенках 10, 11 и отбортовках 12, 13, были смещены относительно друг друга от слоя к слою.

После получения заготовки каркаса ее снимают с оправки и прошивают углеродной нитью Урал НШ-24 на машине 48 класса. Затем ее снова устанавливают на оправку, механически фиксируют на оправке с помощью струбцин и в таком виде проводят термообработку с удалением полиэтиленовой пленки. Режим термообработки идентичен приведенному в примере 1. Использование в качестве пленочного материала удерживающих элементов термопластичной пленки позволяет горячим прессованием на формообразующих справках получать в элементах каркаса изгибы, ступенчатые переходы, локальные выступы и углубления и т.п. Предварительное дублирование волокнистого наполнителя с термопластичной пленкой позволяет зафиксировать исходную структуру наполнителя по всей его поверхности и исключить ее нарушение в процессе выполнения технологических операций.

Ввиду отсутствия клеящего состава обеспечивается возможность прошивки каркасов, что позволяет исключить их расслоение при выполнении последующих технологических операций и, в конечном счете, повысить физико-механические характеристики композиционного материала, в первую очередь, прочность на сдвиг. Это обстоятельство особенно важно при изготовлении изделий из углерод-углеродных композиционных материалов, когда армирующие каркасы насыщают углеродной матрицей при высокой температуре 1000-1100оС, при которой происходит расслоение непрошитых каркасов из-за термических деформаций слоев. Кроме того, за счет размещения термопластичной пленки по всей поверхности наполнителя исключаются провисания или перехлесты отдельных волокон на участках между дискретными удерживающими элементами. Обработка каркаса термическим или термохимическим способом позволяет полностью, без остатков, эвакуировать из каркаса термопластичную пленку после его сборки.

В совокупности указанные признаки позволяют повысить качество армирующего каркаса, улучшить его физико-механические свойства и тем самым повысить эксплуатационные характеристики готового изделия из композиционного материала.

Похожие патенты RU2048295C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЯ, СОДЕРЖАЩЕГО ПОЛОСТЬ ИЗ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩЕГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА 1991
  • Кадун Ю.И.
  • Трикозов В.Н.
  • Бульдяев А.Ф.
RU2066674C1
Неразъемное соединение деталей и способ его получения 1989
  • Кадун Юрий Иванович
  • Трикозов Владимир Николаевич
  • Бульдяев Александр Федорович
SU1723373A1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МОДЕЛЬНОЙ ОСНАСТКИ ДЛЯ ФОРМОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ (ВАРИАНТЫ) 2019
  • Баранов Алексей Алексеевич
  • Обухова Нина Степановна
  • Крюков Алексей Михайлович
  • Корсукова Елена Васильевна
  • Шуль Галина Сергеевна
RU2742301C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 2012
  • Каблов Евгений Николаевич
  • Гращенков Денис Вячеславович
  • Раскутин Александр Евгеньевич
  • Шепель Вдадислав Николаевич
  • Мишуров Константин Сергеевич
RU2488486C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОЛОКНИСТО-АРМИРОВАННОГО УГЛЕРОД-КАРБИДОКРЕМНИЕВОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА 2006
  • Кулик Виктор Иванович
  • Нилов Алексей Сергеевич
  • Загашвили Юрий Владимирович
  • Кулик Алексей Викторович
  • Рамм Марк Спиридонович
RU2337083C2
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКОСТЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ УГЛЕРОД-КЕРАМИЧЕСКОЙ МАТРИЦЫ С ГРАДИЕНТНЫМИ ПО ТОЛЩИНЕ СВОЙСТВАМИ 2015
  • Синани Игорь Лазаревич
  • Бушуев Вячеслав Максимович
  • Бушуев Максим Вячеславович
  • Лунегов Сергей Геннадьевич
RU2593508C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АРМИРОВАННОЙ ГРАФИТОВОЙ ФОЛЬГИ, ФОЛЬГА И ПЛЕТЕНАЯ САЛЬНИКОВАЯ НАБИВКА 2010
  • Сорокина Наталья Евгеньевна
  • Трубников Игорь Борисович
  • Тихомиров Александр Сергеевич
  • Шорникова Ольга Николаевна
  • Кепман Алексей Валерьевич
  • Малахо Артем Петрович
  • Селезнев Анатолий Николаевич
  • Годунов Игорь Андреевич
  • Авдеев Виктор Васильевич
RU2429211C1
Полимерный биндер, биндерная лента и изделия из ПКМ на их основе 2021
  • Гребенева Татьяна Анатольевна
  • Чурсова Лариса Владимировна
  • Панина Наталия Николаевна
  • Коган Дмитрий Ильич
  • Кутергина Ирина Юрьевна
  • Баторова Юлия Александровна
  • Голиков Егор Ильич
  • Байков Игорь Николаевич
  • Лукина Анна Ираклиевна
  • Рябовол Дмитрий Юрьевич
RU2779663C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЫСОКОПРОЧНЫХ ТРУБ-ОБОЛОЧЕК ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ (ВАРИАНТЫ) 1996
  • Васильев Валерий Витальевич[Ru]
  • Салов Владимир Алексеевич[Ru]
  • Салов Олег Владимирович[Ru]
RU2107622C1
ЭЛЕКТРОД ИОННОГО ДВИГАТЕЛЯ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ 2018
  • Ширяев Михаил Иванович
  • Федотов Юрий Дмитриевич
  • Чунаев Владимир Юрьевич
  • Винокуров Никита Вадимович
  • Бушуев Вячеслав Максимович
RU2692757C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 048 295 C1

Реферат патента 1995 года СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СЛОИСТОГО ИЗДЕЛИЯ ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА

Использование: изобретение относится к технологическим процессам изготовления изделий из слоистого композиционного материала. Существо изобретения: способ изготовления слоистого армирующего каркаса включает дублирование наполнителя с термопластичной пленкой, послойную его укладку на форму и термообработку заготовки с последующим удалением удерживающего волокна наполнителя в заданном положении пленочного материала. 2 ил.

Формула изобретения RU 2 048 295 C1

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СЛОИСТОГО ИЗДЕЛИЯ ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА, включающий предварительное дублирование каждого слоя волокна со связующим в виде пленки, формирование слоитой заготовки изделия и фиксацию его формы, отличающийся тем, что формирование заготовки осуществляют приданием формы на формообразующем элементе каждому слою с соединением его предыдущим слоем при нагревании и давлении, после чего связующее удаляют, а полученную заготовку насыщают материалом матрицы.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1995 года RU2048295C1

Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов 1917
  • Гордон И.Д.
SU2A1
Способ изготовления ориентированных слоистых пластиков 1970
  • Эдвард Виллиам Гарниш
  • Бэрри Джемс Хейс
SU576027A3
Солесос 1922
  • Макаров Ю.А.
SU29A1

RU 2 048 295 C1

Авторы

Кадун Юрий Иванович

Трикозов Владимир Николаевич

Землянухина Анна Ильинична

Даты

1995-11-20Публикация

1992-01-24Подача