СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СОТОВЫХ ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ Российский патент 1997 года по МПК E04C2/32 B32B3/12 B32B3/28 

Изобретение относится к производству трехслойных панелей и оболочек, применяемых в разнообразных отраслях промышленности (мебельной, строительной, судостроительной, авиационной, холодильной, ракетно-космической и других) и представляет собой способ изготовления сотовых заполнителей, который обеспечивает изготовление сотовых заполнителей из объемных элементов, в частности к способам изготовления сотового заполнителя с различными ячейками и конфигурацией сотовых блоков: от плоских до оболочек.

Сотовый заполнитель является одной из основных деталей трехслойных панелей и оболочек при изготовлении легких и прочных элементов конструкции, таких как строительные или мебельные панели, лыжи, доски виндсерфинга, корпуса яхт и палубные надстройки судов и тому подобное. Он выступает в качестве сердечника, к которому присоединяются обшивки и элементы окантовки готовых панелей или оболочек.

Известен способ изготовления сотового заполнителя из гофрированного объемного элемента, выбранный в качестве аналога. Заполнитель имеет только шестигранную форму ячеек и выполнен в форме прямоугольного бруса. Способ предназначен для изготовления сотовых заполнителей преимущественно из алюминиевой фольги. Изготовление сотового заполнителя производится следующим образом.

Ленту, полосу или рулонное полотно материала гофрируют с образованием трапецеидальных гофров, являющихся половиной правильного шестиугольника, и таким образом получают объемный элемент:
на боковых сторонах гофров объемного элемента пробивают дренажные отверстия;
на плоскостях вершин гофров объемного элемента пробивают сборочные отверстия и разрезают его на мерные отрезки с фиксированным положением в них сборочных отверстий;
мерные отрезки объемных элементов обезжиривают;
на вершины гофров мерных отрезков объемных элементов наносят клеевой состав и подсушивают его;
мерные отрезки объемных элементов на сборочном стапеле по сборочным отверстиям укладывают друг на друга в стопку необходимой высоты с контактом смежных объемных элементов по плоскостям гофров с нанесенным клеем; в образовавшиеся ячейки могут быть помещены оправки, изготовленные по внутренним размерам сотовых ячеек;
на собранный сотовый брус укладывают крышку с болтами поджимают весь пакет объемных элементов;
сборочный стапель с пакетом объемных элементов помещают в тепловую печь для создания необходимого режима склеивания объемных элементов друг с другом;
по окончании режима склеивания полученный сотовый заполнитель охлаждают до комнатной температуры, извлекают из него оправки, снимают ее со стапеля и разрезают на сотовые блоки заданной толщины; разрезка производится перпендикулярно оси ячеек; сотовые блоки укладывают в тару для дальнейшего проведения технологических операций.

Недостатки известного способа остаются теми же, что и в аналоге объемного элемента.

Наиболее близким аналогом является способ изготовления сотового заполнителя из гофрированных объемных элементов, выбранный в качестве прототипа. Заполнитель изготавливается только в форме прямоугольного бруса и имеет ячейки от треугольной до восьмиугольной форм включительно за исключением семиугольной формы. Способ предназначен для изготовления сотовых заполнителей из любых материалов, выполненных в виде листов, полос, лент, рулонов и т.п. Изготовление сотового заполнителя производится следующим образом:
ленту материала размещают в промежутках и по наружным плоскостям стержней гребенки, образуя таким образом, гофрированный объемный элемент, а гребенку помещают в специальную установку;
на участки объемного элемента, выступающие на верхнюю поверхность первой гребенки, наносят клей;
поверх участков объемного элемента с клеем укладывают плоскую ленту и поджимают ее для склеивания с объемным элементом;
на участки объемного элемента, выступающие на нижние поверхности второй гребенки, наносят клей;
вторую гребенку укладывают на первую для склеивания с плоской лентой, размещенной на первой гребенке;
на участки объемного элемента, выступающие на верхнюю поверхность второй гребенки, наносят клей;
поверх участков объемного элемента с клеем на вторую гребенку укладывают плоскую ленту и поджимают ее для склеивания с объемным элементом;
так наращивают ряды ячеек, образованные объемным элементом, до получения стопы из 3 5 гребенок, после чего нижнюю гребенку извлекают из ячеек сотового заполнителя и вся стопа верхних гребенок опускается на место извлеченной нижней гребенки. Пустую нижнюю гребенку заряжают новым объемным элементом и продолжают наращивание рядов ячеек до получения сотового заполнителя необходимых размеров.

Способ предусматривает также изготовление сотового заполнителя без промежуточных плоских лент с непосредственным контактом участков объемных элементов, расположенных на плоских поверхностях гребенок.

Все операции известного способа производятся вручную. Некоторые из них трудно автоматизировать, а заправка материала в гребенки до настоящего времени не поддается автоматизации.

Недостатки известного способа остаются теми же, что и в прототипе объемного элемента, а к ним может быть добавлен еще один низкая производительность изготовления сотовых заполнителей.

Целью изобретения является изготовление сотовых заполнителей из одного и того же объемного элемента как в форме плоского прямоугольника, так и в форме плоского круга, а также в форме цилиндрических, параболических, сферических и конических оболочек с ячейками треугольной и четырехугольной форм со всеми гранями двойной толщины или комбинацией граней с одинарной, двойной, тройной и более толщин; обеспечение максимальной прочности сотовых заполнителей вдоль оси и перпендикулярно рядам ячеек; повышение производительности изготовления сотовых заполнителей.

Поставленные цели достигаются тем, что в способе изготовления сотовых заполнителей, заключающемся в изготовлении объемных элементов в виде гофрированных лент и соединении их друг с другом через плоскую ленту для последовательного образования рядов ячеек сотового заполнителя с последующей пропиткой его при необходимости затвердевающим продуктом, необратимо фиксирующим форму и размер ячеек, согласно изобретению, объемный элемент изготавливают как с боковыми сторонами выступов двойной, так и одинарной толщины, при этом в первом варианте на бесконечно длинное /рулонно/ плоское полотно материала с одной его стороны неразъемно прикрепляют полосы материала шириной, равной ширине грани ячейки сотового заполнителя и располагают их поперек ширины полотна с шагом, равным двум ширинам граней ячейки сотового заполнителя, вдоль кромок лент плоское плотно материала перфорируют отверстиями или продавливают канавки, далее по перфорации или канавкам полотно сгибают и образуют гофры по заданной их форме и размерам, после чего гофрированное полотно неразъемно соединяют с плоским полотном материала по плоскостям контакта гофров, получая, таким образом, объемный элемент, представляющий собой гибкое зубчатое полотно с тремя сторонами гофров двойной толщины, а во втором варианте изготовления объемного элемента исключают операцию прикрепления полос к полотну материала, получая гибкое зубчатое полотно с тремя сторонами гофров одинарной толщины, при этом используют как непропитанные, так и предварительно пропитанные затвердевающим продуктом полотна материала из готовых объемных элементов собирают сотовые заполнители в виде блоков заданных форм и размеров последовательным наращиванием рядов ячеек, соединяя объемные элементы друг с другом с помощью сварки или адгезива, причем прямоугольные сотовые блоки изготавливают из нескольких отрезков объемных элементов, а круглые в плане плоские сотовые блоки и оболочки из одного объемного элемента. Кроме того, для достижения частной цели получения сотовых заполнителей в форме плоского прямоугольного блока для последующего изготовления плоских прямоугольных сотовых панелей с максимальными механическими характеристиками на растяжение или сжатие вдоль оси ячеек, вдоль рядов ячеек и в направлении, перпендикулярном рядам ячеек, а также с максимальными механическими характеристиками на сдвиг, объемный элемент изготавливают с выступами в виде правильного треугольника или в виде прямоугольного треугольника с двойными боковыми сторонами, разрезают его на мерные листы одинаковой длины и соединяют эти листы объемных элементов между собой с последовательным наращиванием рядов ячеек до получения их заданного количества так, чтобы вершины выступов смежных объемных элементов сходились в одной точке, после чего сотовый заполнитель разрезают на блоки заданной толщины для использования в сотовых конструкциях. Для достижения второй частной цели получения сотовых заполнителей в форме плоского прямоугольного блока для применения в цилиндрических панелях или оболочках объемный элемент изготавливают с выступами в форме четырехугольника, а при изготовлении сотового заполнителя с ячейками в форме трапеций малые основания ячеек одного ряда располагают в середине больших оснований ячеек смежных рядов. Для достижения третьей частной цели получения сотовых заполнителей в форме плоского круга объемный элемент в виде гибкого зубчатого полотна разрезают на зубчатые ленты, ширина которых равна толщине сотового блока, начало объемного элемента закрепляют на цилиндрической части оправки в специальном гнезде с плавным выходом объемного элемента на ее цилиндрическую поверхность и навивают на нее слой зубчатой ленты с заданной величиной натяжения и одновременным прижатием торца к плоской поверхности оправки так, чтобы выступы объемного элемента были обращены от центра к периферии сотового блока и образовывали спиральные ряды сотового заполнителя, слои объемного элемента в виде зубчатой ленты соединяют друг с другом с помощью сварки или адгезива (клей или припой), при этом в случае применения адгезива последний наносят на плоскую поверхность зубчатой ленты, после достижения заданного диаметра сотового заполнителя зубчатую ленту перерезают и ее свободный конец неподвижно фиксируют на оправке, сохраняя заданное натяжение, затем оправку с сотовым блоком помещают в установку для проведения технологического режима отверждения адгезива, при необходимости объемный элемент выполняют по ширине зубчатой ленты и непосредственно используют для изготовления сотовых заполнителей в форме круга. Для достижения четвертой частной цели получения сотовых заполнителей в форме цилиндра или его части объемный элемент изготавливают из неметаллических материалов с двойной или одинарной толщиной боковых сторон четырехугольных выступов, плоские прямоугольные сотовые блоки заданной толщины пропитывают затвердевающим продуктом, удаляют его излишки с граней ячеек и накладывают сотовый блок на цилиндрическую оправку, повторяющую заданный радиус цилиндрического сотового изделия так, чтобы ряды ячеек были расположены вдоль образующих, после этого сотовый блок закрепляют на оправке до плотного прилегания к ее поверхности и отверждают, после полного отверждения затвердевающего продукта сотовый заполнитель в форме цилиндрического блока снимают с оправки и используют для изготовления сотовых конструкций цилиндрической формы. Для достижения пятой частной цели получения сотовых заполнителей в форме параболических, сферических и конических оболочек, имеющих в плане форму круга, объемный элемент в виде зубчатой ленты навивают на выпуклую оправку, повторяющую внутреннюю поверхность оболочки, ступеньками, понижающимися от центра к периферии оболочки, с шагом, равным высоте зубьев объемного элемента, которую выполняют в диапазоне размеров

где t шаг рядов ячеек и высота зубьев объемного элемента, м;
R радиус оболочки на наружной кромке сотового блока, м;
δ допускаемая величина зазора между поверхностью оправки и торца объемного элемента, м;
r внешний радиус сотовой оболочки в плане, м;
а для конических оболочек
0 < t ≅ δ/cosΦ
где v угол полураствора конической оболочки, градусы.

Наконец, для шестой частной цели получения сотовых заполнителей с максимальной прочностью на растяжение, сжатие и изгиб вдоль рядов ячеек, а также с целью получения листового материала типа гофрокартона, но со значительно более высокой прочностью и жесткостью, два объемных элемента неразъемно соединяют друг с другом по выступам, для чего выступы одного располагают между выступами другого, полученный трехслойный объемный элемент используют либо как материал типа гофрокартона для изготовления продукции в виде тары и других изделий, либо изготавливают из него многослойные плоские панели с заданной ориентацией ячеек в каждом слое, для чего трехслойный объемный элемент нарезают на мерные ленты, которые соединяют друг с другом по наружным плоскостям до получения пакета с необходимым числом слоев, либо изготавливают из него сотовый заполнитель, для чего нарезанные мерные листы трехслойного объемного элемента соединяют между собой по наружным плоскостям в многослойный брус так, чтобы оси ячеек во всех слоях были параллельны.

Именно объемный элемент и способ изготовления из него сотовых заполнителей обеспечивают, согласно изобретению, достижение всех поставленных целей. Это позволяет сделать вывод, что заявляемые изобретения связаны между собой единым изобретательским замыслом.

Сравнение изобретения с прототипом позволяет установить соответствие его критерию "новизна". При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены, и потому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".

На фиг.1 показан объемный элемент с прямоугольными выступами и их боковыми сторонами одинарной толщины; на фиг.2 объемный элемент с выступами в форме равнобоких трапеций и их боковыми сторонами одинарной толщины; на фиг.3 объемный элемент с выступами в форме прямоугольных трапеций и их боковыми сторонами одинарной толщины; на фиг.4 объемный элемент с выступами в форме остроугольных треугольников и их боковыми сторонами одинарной толщины; на фиг. 5 объемный элемент с выступами в форме прямоугольных треугольников и их боковыми сторонами одинарной толщины; на фиг.6 объемный элемент с выступами в форме остроугольных треугольников и боковыми сторонами одинарной толщины, образующими открытые ячейки в форме трапеций; на фиг.7 объемный элемент с прямоугольными выступами и их боковыми сторонами двойной толщины; на фиг.8 объемный элемент с выступами в форме равнобоких трапеций и их боковыми сторонами двойной толщины; на фиг.9 объемный элемент с выступами в форме прямоугольных трапеций и их боковыми выступами двойной толщины; на фиг.10 - объемный элемент с выступами в форме остроугольных треугольников и их боковыми сторонами двойной толщины; на фиг.11 объемный элемент с выступами в форме прямоугольных треугольников и их боковыми сторонами двойной толщины; на фиг. 12 процесс изготовления объемного элемента фиг.10; на фиг.13 схема изготовления сотового заполнителя с ячейками в форме остроугольных треугольников и всеми гранями двойной толщины; на фиг.14 разрезка сотового заполнителя на сотовые блоки; на фиг.15 процесс изготовления объемного элемента, фиг. 1; на фиг.16 объемный элемент с различными формами выступов; на фиг.17 сотовый заполнитель с ячейками в форме прямоугольного треугольника с двумя гранями двойной толщины; на фиг.18 сотовый заполнитель с ячейками в форме равнобоких трапеций, у которых малые основания распложены посередине больших оснований; на фиг.19 сотовый заполнитель с ячейками в форме четырехугольника и двумя гранями двойной толщины; на фиг.20 выкладка сотового блока на цилиндрическую оправку; на фиг.21 разрезка объемного элемента на зубчатые ленты; на фиг. 22 оправка для изготовления сотового блока в виде круга; на фиг.23 навивка сотового блока в виде круга из зубчатой ленты; на фиг.24 навивка сотового блока в виде параболической оболочки, имеющей в плане форму круга; на фиг. 25 процесс изготовления трехслойного объемного элемента; на фиг.26 двухслойная панель из трехслойных объемных элементов с взаимно перпендикулярным направлением гофров; на фиг.27 - сотовый заполнитель, изготовленный из трехслойных объемных элементов.

На фиг.1 27 приняты следующие обозначения: 1 объемный элемент с четырехугольными выступами в форме прямоугольника, 2 выступ объемного элемента, 3 плоское полотно, 4 гофрированное полотно, 5 боковые стороны выступов, 6 объемный элемент с выступами в форме равнобокой трапеции, 7 - объемный элемент с выступами в форме прямоугольной трапеции, 8 объемный элемент с выступами в форме остроугольных треугольников, 9 объемный элемент с выступами в форме прямоугольных треугольников, 10 объемный элемент с выступами в форме остроугольных треугольников, 11 объемный элемент с четырехугольными выступами в форме прямоугольников и двойной толщиной боковых сторон выступов, 12 прямоугольная накладка, 13 объемный элемент с выступами в форме равнобоких трапеций и двойной толщиной боковых сторон выступов, 14 объемный элемент с выступами в форме прямоугольных трапеций и двойной толщиной боковых сторон, 15 объемный элемент с выступами в форме остроугольных треугольников и двойной толщиной их боковых сторон, 16 - объемный элемент с выступами в форме прямоугольных треугольников и двойной толщиной их боковых сторон, 17 полотно рулонной бумаги, 18 ленты, 19 - электронагреватель, 20 отверстия (перфорация), 21 боковые стороны треугольных гофров, 22 треугольные гофры, 23 наружные плоскости гофров, 24 плоское полотно бумаги, 25 рулон, 26 клей, 27 клеянка, 28 сопло для выхода клея, 29 стол подогреваемый, 30 мерный отрезок или лист объемного элемента, 31 сотовый заполнитель, 32 сотовый блок, 33 поддерживающие штыри, 34 оправка цилиндрическая, 35 лента зубчатая, 36 оправка, 37 опорная плита, 38 цилиндрическая часть оправки с гнездом для закрепления зубчатой ленты, 39 опорная плита с параболическим контуром рабочей поверхности, 40 трехслойный объемный элемент.

Возможность осуществления предлагаемого изобретения.

На фиг. 1 11 изображены типовые конструкции объемных элементов, которые могут быть реально использованы при изготовлении сотовых заполнителей. Так, на фиг.1 изображен объемный элемент 1 с четырехугольными выступами 2 в форме прямоугольника. Он состоит из плоского полотна 3 и гофрированного полотна 4, которые соединены между собой по плоскостям контакта вершин прямоугольных гофров. В данном объемном элементе половина прямоугольных ячеек являются замкнутыми, а другая половина открытыми (промежутки между гофрами). Боковые стороны 5 выступов имеют одинарную толщину. Аналогичную в принципе конструкцию имеет объемный элемент 6 с выступами в форме равнобокой трапеции и объемный элемент 7 с выступами в форме прямоугольной трапеции. Объемные элементы с выступами в форме треугольников изображены на фиг.4 и 5. Здесь выступы образуют только замкнутые ячейки. На фиг. 4 изображен объемный элемент 8 с выступами в форме остроугольных треугольников, а на фиг.5 изображен объемный элемент 9 с выступами в форме прямоугольных треугольников. На фиг.6 изображен объемный элемент 10 с выступами 2 в форме треугольников. Здесь закрытыми являются треугольные ячейки и открытыми трапециевидные. На фиг. 7 изображен объемный элемент 11 с четырехугольными выступами 2 в форме прямоугольника и двойной толщиной боковых сторон 5 выступов. Утолщение образуется с помощью прямоугольных накладок 12 в форме полос, расположенных вдоль боковых сторон выступов. С такими же усилениями боковых сторон могут быть изготовлены объемный элемент 13 с выступами в форме равнобоких трапеций, объемный элемент 14 с выступами в форме прямоугольных трапеций, объемный элемент 15 с выступами в форме остроугольных треугольников и объемный элемент 16 с выступами в форме прямоугольных треугольников.

Рассмотрим изготовление конкретного прямоугольного бруса сотового заполнителя, например, с треугольной ячейкой. Материалом заполнителя является опытная электропроводящая бумага марки БЭ-270.Склеивание производится клеем холодного отверждения ПВА по ТУ 113-00-5761673-120-92. Пропитка сотовых блоков осуществляется продуктом холодного отверждения, в состав которого входят: эпоксидная смола марки ЭД-20 по ГОСТ 10587-76, отвердитель по ТУ 6-02-594-75, спирт этиловый технический по ГОСТ 17299-78, ацетон технический по ТУ 6-00-05757593-177-92.

На фиг.12 14 изображены последовательность изготовления сотового блока с треугольной ячейкой. Начинают изготовление с того, что на полотно рулонной бумаги 17 поперек его ширины наклеивают предварительно нарезанные ленты 18. Они могут быть изготовлены как из материала основного полотна 17, так и из других материалов. Ширина лент равна ширине граней ячейки заполнителя. Шаг приклейки лент равен ширине двух граней ячейки. Для быстрого и надежного соединения лент 18 с полотном 17 их прижимают друг к другу и нагревают, например, электронагревателем 19 с температурой подогрева 70-80^oC. Для этой же цели могут быть использованы водяные нагреватели. Вдоль обеих кромок ленты 18 на плоском полотне материала 17 либо пробивают отверстия 20, либо продавливают канавки. Они служат для того, чтобы именно по этим линиям происходил сгиб полотна 17 при его гофрировании. С другой стороны перфорация или канавки необходимы еще и потому, что они значительно уменьшают усилия сгиба, что весьма существенно при применении толстолистовых или предварительно пропитанных материалов. По намеченным линиям сгиба полотно с лентами гофрируют так, чтобы боковые стороны 21 треугольных гофров 22 были двойной толщины, а наружные плоскости гофров 23 имели одинарную толщину. Гофрирование могут производить станки, изготавливающие, например, бумажные и картонные пакеты или другие известные устройства. Одновременно в зону образования гофрированного полотна материала подается плоское плотно 24 бумаги с рулона 25. По пути его сторона, которая будет контактировать с гофрами 22, покрывается клеем 26 из клеянки 27, через сопло 28. Гофрированное и плоское полотна встречаются друг с другом на подогреваемом столе 29, где и происходит их неразъемное соединение и образуется объемный элемент 15 в виде гибкого зубчатого полотна с треугольными выступами фиг. 10, 12. Аналогичным образом изготавливаются объемные элементы, показанные на фиг.7 9 и 11.

Для изготовления сотового заполнителя бесконечно длинный объемный элемент 15 разрезают на мерные отрезки или листы 30 и из них собирают многослойный пакет, который схематично показан на фиг.13 и носит название сотового заполнителя 31 с ячейками треугольной формы, у которых две грани имеют двойную толщину, а третья грань тройную. Сборка пакета производится методом склеивания или пайки. Для этой цели плоскую поверхность объемного элемента покрывают адгезивом (на фиг.13 показан точками) и на нее накладывают мерный лист 30 объемного элемента. Процесс продолжается до образования многослойного пакета необходимых размеров. После этого весь пакет поджимают для удаления воздуха и излишков адгезива и помещают в печь для осуществления технологического режима склеивания или пайки. После соединения объемных элементов и охлаждения сотового заполнителя последний в виде прямоугольного бруса поступает на участок резки в случае, если он изготовлен из металлических материалов. Соединение объемных элементов в брус сотового заполнителя может быть осуществлен также точечной или роликовой сваркой. Для этого используются объемные элементы с четырехугольными выступами. Перед сваркой в ячейки вводят оправки-электроды. Если сотовый заполнитель изготовлен из неметаллических материалов, то его пропитывают затвердевающим продуктом и после проведения режимов отверждения и охлаждения он также поступает на участок резки сотовых блоков. Сотовый заполнитель 31 фиг.14 разрезают на сотовые блоки 32 необходимой толщины. Разрезку производят дисковой или ленточной пилой. Составные блоки являются элементом сотовых конструкций и они направляются в соответствующие цеха или предприятия для производства изделий.

Если необходимо изготавливать сотовые блоки из объемных элементов, показанных на фиг. 1 6, то сами объемные элементы изготавливают в последовательности, изображенной на фиг.15. Здесь рассматривается вариант изготовления объемного элемента 1 фиг.1. Прежде всего, полотно 17 материала перфорируют отверстиями 20 или вносят поперечные канавки с шагом, равным ширине грани ячейки сотового заполнителя. По этим канавкам или отверстиям производят гофрирование полотна. В образовавшиеся гофры вводят поддерживающие штыри 33, которые имеют форму внутренней поверхности гофра и передвигаются вместе с ним по направляющим. После склеивания гофрированного и плоского полотна 24 образуется объемный элемент 1 фиг.1. Его дальнейшая судьба зависит от того, какая конструкция сотового блока и его ячеек необходима для какого-нибудь изделия.

По аналогии со способом, изображенным на фиг.13, можно изготовить сотовые блоки с ячейками, которые образуют гофры объемных элементов фиг.1 11. Всего одиннадцать типов различных ячеек, но одинаковых в одном сотовом блоке. Кроме них можно изготавливать комбинированные сотовые блоки из различных объемных элементов, а также изготавливать объемные элементы с комбинацией различных форм выступов, например, как это показано на фиг.16. В этом случае можно получить еще несколько типов сотовых заполнителей с комбинацией различных форм ячеек по площади сотового блока. Вряд ли промышленность сможет освоить все многообразие форм ячеек в сотовых заполнителях. Очевидно, из всего этого ассортимента целесообразно выделить наиболее прочные или технологичные типы.

Наиболее прочными во всех трех направлениях (вдоль оси ячеек, вдоль их рядов и перпендикулярно рядам ячеек) и на сдвиг в плоскости сотового блока являются сотовые заполнители с треугольными ячейками в форме прямоугольного треугольника с острым углом a в диапазоне 43 < α < 47^° и в форме равностороннего треугольника. В сотовом заполнении они должны быть расположены так, чтобы вершины ячеек одного ряда сходились в одной точке с вершинами ячеек смежных рядов. Такие заполнители образуются из объемных элементов 15, 16 фиг. 10, 11. Самым прочным и жестким из этих двух сотовых заполнителей является тот, что образован из объемных элементов 16 фиг.11. Его фрагмент изображен на фиг.17. Схематично фрагмент сотового заполнителя, изготовленного из объемных элементов 15 фиг.10, изображен на фиг.13, 14. Все эти конструкции ячеек придают сотовым блокам такую прочность и жесткость, что их нельзя согнуть для использования в оболочках. По этой причине для применения в цилиндрических панелях и оболочках сотовые заполнители изготавливают из следующих конструкций объемных элементов: 1 фиг.1, 6 фиг.2, 11 фиг.7 и 13 фиг.18. Фрагменты сотовых заполнителей из объемных элементов 1 и 6 изображены на фиг.18, 19. Изображения сотовых заполнителей из объемных элементов 11, 13 будут идентичны показанным на фиг.18, 19, но с добавлением усиливающих лент 5 на боковых сторонах выступов объемных элементов. Изображенные на фиг. 18, 19 сотовые заполнители ограниченно податливы на изгиб по цилиндрической поверхности за счет технологических закруглений в месте перехода одной грани в другую, а также за счет податливости на изгиб плоского полотна объемного элемента в месте прикрепления к нему выступа соседнего объемного элемента фиг. 18. Однако сотовые заполнители, изготовленные из объемных элементов 11, 15 фиг. 7, 10, прочнее и жестче двух предыдущих. Во всех случаях в цилиндрической панели или оболочке сотовый блок с рассматриваемыми ячейками располагают так, чтобы ряды ячеек были направлены вдоль образующих. Описанный способ использования плоских сотовых блоков в цилиндрических изделиях прост, но имеет существенный недостаток: в процессе изгиба блока изменяются формы ячеек и их механические характеристики. Проведенные исследования (В.И. Афанасенко. Исследование прочности и жесткости сотовых заполнителей, формируемых из гофрированных лент. В журн. Механика композитных материалов Рига, 1988, N 6, с. 985 990) показали, что падение механических характеристик может достигать 30% Особенно заметно это на сотовых заполнителях из неметаллических материалов, так как изгиб приводит к трещинообразованию хрупких связующих, которыми пропитан заполнитель. В этой связи найден более эффективный способ изготовления сотовых блоков в форме цилиндра из неметаллических материалов. Он заключается в том, что плоский сотовый блок 32 пропитывают затвердевающим продуктом, удаляют его излишки с граней ячеек и выкладывают на цилиндрическую оправку 34 фиг.20. Неотвержденный пропиточный продукт делает сотовый блок весьма податливым и он в зависимости от размеров ячеек может облегчать цилиндры с достаточно небольшим радиусом (до 300 мм). Органическими нитями или лентами блок плотно прижимают (приматывают) к оправке и в таком положении отверждают. После отверждения блок сохраняет как заданную форму без заметного искажения ячеек, так и механические характеристики плоского сотового блока.

Описанные выше технологические приемы изготовления сотовых заполнителей и блоков из них не приемлемы для получения сотовых блоков в форме плоского круга. В этом случае поступают следующим образом.

Объемный элемент, например, 6 в виде гибкого зубчатого полотна разрезают на зубчатые ленты 35 фиг.21. Ширина ленты должна быть равна толщине сотового блока (высоте ячеек). Для изготовления круглого сотового блока используют цилиндрическую оправку 36 фиг.22 с плоской опорной плитой 37. Начало зубчатой ленты 35 фиг.23 закрепляют в специальном гнезде на цилиндрической части 38 оправки плоской стороной к центру сотового блока и навивают на нее слои зубчатой ленты, получая спиральные ряды ячеек в форме трапеций. Для скрепления рядов ячеек друг с другом на плоскую сторону зубчатой ленты наносят слой клея. Навивку рядов ячеек сопровождают легким прижатием зубчатой ленты 2 35 к опорной плите 37 с определенным ее натяжением N в процессе навивки. После достижения заданного диаметра сотового блока конец зубчатой ленты 35 закрепляют на опорной плите 37, сохраняя при этом усилие натяжения N. Оправку с сотовым блоком, при необходимости, помещают в тепловую печь для выполнения режима отверждения клея. По окончании склеивания сотовый блок снимают с оправки и пропитывают, при необходимости, затвердевающим продуктом. Указанным способом можно изготавливать круглые сотовые блоки с ячейками разнообразной формы из объемных элементов фиг.1 11, 16. Если опорную плиту оправки 36 выполнить с рабочей поверхностью в форме полого параболоида 39 фиг.24, то можно изготавливать круглые в плане и параболические по форме наружных поверхностей сотовые блоки, например, для параболических рефлекторов антенн. В связи с тем что рабочая поверхность опорной плиты 39 оправки не плоская, то ряды ячеек располагаются в сотовом блоке ступеньками. Высота этих ступенек зависит от толщины зубчатой ленты, то есть от высоты ее зубьев, радиуса оболочки, максимального радиуса сотового блока в плане и допускаемой величины ступеньки, то есть от допускаемого зазора между поверхностью оправки и наиболее удаленной точкой зубчатой ленты. Допускаемая величина δ гарантирует обеспечение надежного склеивания сотового блока с несущими слоями оболочки.

Для параболических и сферических оболочек высота зубьев ленты 35 (или шаг рядов ячеек) может быть определена зависимостью

где t шаг рядов ячеек или высота выступов объемного элемента, м;
R радиус оболочки на наружной кромке сотового блока, м;
δ допускаемая величина зазора между поверхностью оправки и торцом объемного элемента, м;
r внешний радиус сотовой оболочки в плане, м.

Для конических оболочек
0 < t ≅ δ/cosΦ
где v угол полураствора конической оболочки, градусы.

Объемные элементы указанного типа фиг.1 3, 6 9 позволяют получать сотовые заполнители с высокой направленной прочностью вдоль рядов ячеек. Для этого из двух объемных элементов с четырехугольными выступами, например, 1 фиг.1 и 6 фиг.2 изготавливают один трехслойный объемный элемент 40 фиг.25. С этой целью наружные плоскости выступов обоих объемных элементов 1 и 6 покрывают слоем клея и соединяют их между собой так, чтобы выступы одного объемного элемента контактировали с плоскими впадинами другого элемента. При давлении P и температуре подогрева t^o происходит склеивание двух объемных элементов в один трехслойный элемент объемный. Процедура изготовления легко поддается автоматизации и поэтому имеет высокую производительность. Трехслойный элемент объемный может быть использован как конструкционный материал. Так например, он может служить для изготовления более прочной тары, чем из гофрокартона или для других целей. Если листы трехслойного объемного элемента соединить между собой в многослойную панель, то можно получить легкий и прочный строительный материал с заданной ориентацией гофров объемных элементов. На фиг. 26 схематично изображена двухслойная панель с расположением гофров одного слоя перпендикулярно гофрам другого слоя. Такой материал можно использовать в качестве утеплителя или тепло- и звукоизолятора. Облицованные декоративным материалом многослойные панели могут применяться в облицовке стен, служить деталями перегородок, подвесных потолков, шумопоглощающих и других элементов конструкций. При изготовлении сотовых заполнителей многослойный сотовый брус получают соединением трехслойных объемных элементов с параллельным расположением гофров. На фиг.27 схематично изображен сотовый брус из трехслойных объемных элементов, показанных на фиг.25.

Разработанная технология изготовления объемных элементов и конструкций из них проста и легко может быть воплощена в автоматическом технологическом оборудовании.

Изобретение относится к способу изготовления из него сотовых заполнителей, которые являются сердечником в трехслойных панелях и оболочках, применяемых в различных отраслях промышленности. В частности изобретение позволяет изготавливать панели для изделий мебельной, строительной, авиационной, радиотехнической, судостроительной и других отраслей промышленности. Цель изобретения - возможность изготовления сотовых заполнителей из любых материалов с максимальными механическими характеристиками и ячейками треугольных и четырехугольных форм, получения сотовых заполнителей в виде оболочек, а также получение листового материала типа гофрокартона со значительно более высокими механическими характеристиками. 6 з.п. ф-лы, 27 ил.

1. Способ изготовления сотовых заполнителей, заключающийся в изготовлении объемных элементов в виде гофрированных лент и соединении их друг с другом через плоскую ленту для последовательного образования ряда ячеек сотового заполнителя с последующей пропиткой его при необходимости затвердевающим продуктом, необратимо фиксирующим форму и размер ячеек, отличающийся тем, что объемный элемент изготавливают как с боковыми сторонами выступов двойной, так и одинарной толщины, при этом в первом варианте на бесконечно длинное (рулонное) плоское полотно материала с одной его стороны неразъемно прикрепляют полосы материала шириной, равной ширине грани ячейки сотового заполнителя, и располагают их поперек ширины полотна с шагом, равным двум ширинам граней ячейки сотового заполнителя, вдоль кромок лент плоское полотно материала перфорируют отверстиями или продавливают канавки, далее по перфорациям или канавкам полотно сгибают и образуют гофры по заданной их форме и размерам, после чего гофрированное полотно неразъемно соединяют с плоским полотном материала по плоскостям контакта гофр, получая таким образом объемный элемент, представляющий собой гибкое зубчатое полотно с тремя сторонами гофр двойной толщины, а во втором варианте изготовления объемного элемента исключают операцию прикрепления полос к полотну материала, получая гибкое зубчатое полотно с тремя сторонами гофр одинарной толщины, при этом используют как предварительно пропитанные, так и не пропитанные затвердевающим продуктом полотна материалов, из готовых объемных элементов собирают сотовые заполнители в виде блоков заданных форм и размеров последовательным наращиванием рядов ячеек, соединяя объемные элементы друг с другом с помощью сварки или адгезива, причем прямоугольные сотовые блоки изготавливают из нескольких отрезков объемных элементов, а круглые в плане плоские сотовые блоки и оболочки из одного объемного элемента. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что объемный элемент изготавливают с выступами в виде правильного треугольника или прямоугольного треугольника с двойными боковыми сторонами, разрезают его на мерные листы одинаковой длины и соединяют эти листы объемных элементов между собой с последовательным наращиванием рядов ячеек до получения их заданного количества так, чтобы вершины выступов смежных объемных элементов сходились в одной точке, после чего сотовый заполнитель разрезают на блоки заданной толщины для использования в сотовых конструкциях. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что объемный элемент изготавливают с выступами в форме четырехугольника, а при изготовлении сотового заполнителя с ячейками в форме трапеций малые основания ячеек одного ряда располагают в середине больших оснований ячеек смежных рядов. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что объемный элемент в виде гибкого зубчатого полотна разрезают на зубчатые ленты, ширина которых равна толщине сотового блока, начало объемного элемента закрепляют на цилиндрической части оправки в специальном гнезде с плавным выходом объемного элемента на ее цилиндрическую поверхность и навивают на нее слои зубчатой ленты с заданной величиной натяжения и одновременным прижатием торца к плоской поверхности оправки так, чтобы выступы объемного элемента были обращены от центра к периферии сотового блока и образовывали спиральные ряды сотового заполнителя, слои объемного элемента в виде зубчатой ленты соединяют друг с другом с помощью сварки или адгезива, например клея или припоя, при этом в случае применения адгезива последний наносят на плоскую поверхность зубчатой ленты, по достижении заданного диаметра сотового заполнителя зубчатую ленту перерезают и ее свободный конец неподвижно фиксируют на оправке, сохраняя заданное натяжение, затем оправку с сотовым блоком помещают в установку для проведения технологического режима отверждения адгезива, при необходимости объемный элемент выполняют по ширине зубчатой ленты и непосредственно используют для изготовления сотовых заполнителей в форме круга. 5. Способ по пп. 2 и 3, отличающийся тем, что объемный элемент изготавливают из неметаллических материалов с двойной или одинарной толщиной боковых сторон четырехугольных выступов, плоские прямоугольные сотовые блоки заданной толщины пропитывают затвердевающим продуктом, удаляют его излишки с граней ячеек и выкладывают сотовый блок на цилиндрическую оправку, повторяющую заданный радиус цилиндрического сотового изделия, так, чтобы ряды ячеек были расположены вдоль образующих, после этого сотовый блок закрепляют на оправке до плотного прилегания к ее поверхности и отверждают, после полного отверждения затвердевающего продукта сотовый заполнитель в форме цилиндрического блока снимают с оправки и используют для изготовления сотовых конструкций цилиндрической формы. 6. Способ по п. 4, отличающийся тем, что объемный элемент в виде зубчатой ленты навивают на выпуклую оправку, повторяющую внутреннюю поверхность оболочки, ступеньками, понижающимися от центра к периферии оболочки, с шагом, равным высоте зубьев объемного элемента, которую выполняют в диапазоне размеров

где t шаг рядов ячеек или высота зубьев объемного элемента, м;
R радиус оболочки на наружной кромке сотового блока, м;
δ - допускаемая величина зазора между поверхностью оправки и торцом объемного элемента, м;
r внешний радиус сотовой оболочки в плане, м,
а для конических оболочек
0 < t ≅ δ/cosΦ,
где Φ - угол полураствора конической оболочки, град. 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что два объемных элемента неразъемно соединяют друг с другом по выступам, для чего выступы одного располагают между выступами другого, полученный трехслойный объемный элемент используют либо как материал типа гофрокартона для изготовления продукции в виде тары и других изделий, либо изготавливают из него многослойные плоские панели с заданной ориентацией ячеек в каждом слое, для чего трехслойный объемный элемент нарезают на мерные листы, которые соединяют друг с другом по наружным плоскостям до получения пакета с необходимым числом слоев, либо изготавливают из него сотовый заполнитель, для чего нарезанные мерные листы трехслойного объемного элемента соединяют между собой по наружным плоскостям в многослойный брус так, чтобы оси ячеек во всех плоскостях были параллельны.