СЛОИСТАЯ КОРПУСНАЯ КОНСТРУКЦИЯ Российский патент 1997 года по МПК B63B5/24 B63B5/00 

Изобретение относится к судостроению и может быть использовано в авиационной, ракетной технике и в областях транспортного машиностроения при изготовлении корпусных конструкций, платформ и переборок машинных отделений, корпусов двигателей, когда требуется сочетание высокой прочности, теплостойкости и вибродемпфируемости.

Известна принятая в качестве ближайшего аналога трехслойная конструкция, содержащая несущие слои из стеклопластика и внутренний слой из легкого заполнителя (Б.Ф.Прохоров и др. Трехслойные конструкции в судостроении, Л. Судостроение, 1972 г. с.9. 10).

Недостатками этой конструкции являются общие недостатки, присущие стеклопластикам:
потеря прочности стеклопластика из-за водопоглощения после длительного пребывания в воде, которая усиливается при наличии слоев со слабой адгезионной связью,
недостаточная жесткость стеклопластика.

снижение прочности и демпфирующих характеристик вследствие взаимной диффузии при использовании связующих различного состава в несущих слоях и заполнителе.

Эти недостатки существенно снижают эффективность применения указанных конструкций, не позволяют реализовать их потенциально высокие прочностные и демпфирующие характеристики.

В настоящем изобретении решается задача повышения жесткости, прочности, демпфируемости и уменьшения водопоголощения трехслойных корпусных конструкций из стеклопластика.

Технический результат достигается тем, что в известной конструкции в несущих слоях стеклопластика на расстоянии не менее 1,5 мм от поверхности размещают один или более слоев двухкомпонентной плазменнонапыленной бороалюминиевой ленты и при использовании различных связующих для заполнения и несущих слоев двухкомпонентную бороалюминиевую ленту располагают в несущих слоях по границе с заполнителем.

Использование в трехслойной корпусной конструкции в несущих слоях эпоксидного стеклопластика двухкомпонентной ленты с высокомодульными и высокопрочными борными волокнами, кроме повышения прочности и жесткости, привело к тому что бороалюминиевая лента явилась барьером для встречных диффузионных потоков жесткого связующего из несущих слоев в заполнитель и жесткого связующего из заполнителя в несущие слои.

Использованная бороалюминиевая лента, кроме этого, влагонепроницаема и предохраняет заключенный за ней полимерный материал от водопоглощения, что позволяет использовать невлагостойкие заполнители, а развитая поверхность плазменнонапыленного слоя обеспечивает высокую прочность сцепления его со стеклопластиком без изменения вибродемпфирующих характеристик конструкции.

В свою очередь для плазменнонапыленного бороалюминия требуется защита от коррозионного воздействия морской воды и слой стеклопластика на поверхности конструкции предохраняет бороалюминий от коррозионного разрушения при длительном контакте конструкции с морской водой.

На фиг. 1: а конструкция с 1 слоем бороалюминиевой ленты; б то же, с несколькими слоями; в конструкция с выполнением несущего слоя из слоев бороалюминиевой ленты; на фиг. 2: а, б, в соответствующие позиции фиг. 1 с размещением слоя бороалюминиевой ленты на границе с заполнителем.

Устройство состоит из внутреннего слоя 1 из легкого заполнителя и наружного несущего слоя 2, в котором на расстоянии от поверхности не менее 1,5 мм размещены один или несколько слоев бороалюминиевой ленты 3. Возможно выполнение всего наружного слоя из ряда слоев бороалюминиевой ленты.

Толщина слоя эпоксидного стеклопластика находящегося на наружной поверхности слоистой конструкции должна быть не менее 1,5 мм. Толщина слоя стеклопластика, равная 1,5 мм выбрана из условия достижения на границе стеклопластик бороалюминий предельной концентрации поглощения влаги, равной 1,5% через 10 лет, что соответствует требуемому сроку службы конструкций.

Результаты исследований прочностных (межслойной прочности и прочности при изгибе) и вибродемпфирующих (коэффициент механических потерь энергии изгибных колебаний) характеристик, а также модуля упругости при изгибе предлагаемой конструкции в сопоставлении с прототипом приведены в табл. 1. Общая толщина трехслойной конструкции прототипа и предлагаемой слоистой конструкции 20 мм, толщины заполнителя 10 мм, несущих слоев по 5 мм.

Конструкция-прототип состояла из внутреннего слоя эпоксидная смола с микросферами (микробаллончики, заполненные воздухом) и несущих наружных слоев стеклопластик на жестком связующем марки ЭДХ. Конструкция-прототип изготавливалась по двум вариантам в случае использования эластичного связующего для заполнителя:
1. Горячее уплотнение пакета, состоящего из слоев, составляющих наружные и внутренние слои, и термическая обработка материала (полимеризация связующего).

2. Горячее уплотнение пресс-материалов, составляющих наружные и внутренние слои, и их термообработка (полимеризация связующего), затем сборка пакета, состоящего из отпрессованных наружных и внутренних слоев, и его горячее уплотнение. Интервал между изготовление заготовок-слоев и слоистого материала составил 24 часа.

В предлагаемой слоистой конструкции в несущих слоях стеклопластика бороалюминиевая плазменнонапыленная лента размещалась следующим образом:
один слой ленты на границе с заполнителем при использовании эластичного связующего в заполнителе или на расстоянии 1,5 мм от поверхности в несущих слоях при использовании в заполнителе и несущих слоях аналогичного связующего:
полное замещение стеклопластика в несущих слоях плазменнонапыленным бороалюминием на жестком связующем марки ЭХД,
размещение слоев бороалюминия толщиной по 1,8 мм в несущих слоях стеклопластика на расстоянии 1,5 мм от поверхности,
размещение плазменнонапыленного бороалюминия в несущих слоях (t 3,5 мм) конструкции с сохранением на наружных поверхностях стеклопластика толщиной по 1,5 мм.

Как видно из приведенных данных при размещении плазменнонапыленного бороалюминия в несущих слоях стеклопластика трехслойной конструкции с заполнителем из микробаллонов, заполненных воздухом, на эпоксидном связующем (сферопластик), происходит увеличение изгибной прочности и жесткости конструкции с одновременным повышением демпфирующих характеристик (коэффициента механических потерь изгибных колебаний).

Влияние воздействия морской воды изучалось на образцах стеклопластика, изготовленных на жестком и эластичном связующем, бороалюминиевого композиционного материала, конструкции-прототипе (заполнитель из сферопластика на эластичном связующем и несущие слои из стеклопластика на жестком связующем), предлагаемых конструкциях с несущими слоями, состоящими из бороалюминия и стеклопластика толщиной 1,5 мм с наружной стороны слоев, отличающимися тем, что в одной для заполнителя использовалось жесткое связующее, а в другой эластичное.

Толщина несущих слоев в предлагаемых конструкциях и конструкции-прототипе, равна 5 мм.2 Результаты исследования влияния морской воды приведены в табл. 2. Результаты показывают, что по сравнению с бороалюминием предлагаемая конструкция обладает коррозионной стойкостью в морской воде, а по сравнению с традиционной конструкцией из стеклопластика - высокой водостойкостью.

Технико-экономический эффект от использования изобретения по сравнению с прототипом заключается в повышении прочности, жесткости и деформирующих характеристик и снижении водопоглощения трехслойных конструкций, улучшении тактико-технических данных судов, построенных с использованием предлагаемой конструкции.

Изобретение относится к корпусным конструкциям и может быть использовано в авиационной, ракетной технике и в областях транспортного машиностроения. Сущность изобретения: в несущих слоях стеклопластика трехслойной конструкции на расстоянии не менее 1,5 мм от поверхности размещают один или более слоев двухкомпонентной бороалюминиевой ленты. В случае использования различных связующих, например, жесткого для несущих слоев и эластичного для наполнителя, бороалюминиевую ленту располагают в несущих слоях по границе с заполнителем. Введение жестких и прочных борных волокон в несущие слои позволяет увеличить изгибную жесткость и прочность конструкции с одновременным повышением демпфирующих характеристик. Выбранная толщина стеклопластика, равная 1,5 мм, на поверхность несущих слоев, при наличии бороалюминиевой ленты в слоях, обеспечивает снижение влагопоглощения конструкции при сроке эксплуатации конструкции 10 лет. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 ил.

1 1. Слоистая корпусная конструкция, содержащая несущие слои преимущественно из стеклопластика и внутренний слой из легкого заполнителя, отличающаяся тем, что в несущих слоях на расстоянии не менее 1,5 мм от поверхности размещены один или более слоев бороалюминиевой ленты.2 2. Конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что по меньшей мере один слой бороалюминиевой ленты размещен на границе с заполнителем.