ПЛЕТЕНАЯ ПРЕФОРМА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ ИЗДЕЛИЙ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ Российский патент 2015 года по МПК D03D13/00 

Область техники.

Изобретение относится к текстильной промышленности и может быть использовано в авиа и машиностроении при изготовления конструкционных деталей сложных форм с ребрами жесткости из полимерных композиционных материалов ПКМ,например шпангоутов, криволинейных балок и панелей, окантовок иллюминаторов и т.д., получаемых методами РТМ формования, инфузии и пултрузии.

Уровень техники.

Известен способ для изготовления тканой оболочки с пересекающимися стенками [заявка на изобретение РФ №2010123619 от 20.01.2012, МПК D03D 11/02], который позволяет получить тканые заготовки с ребрами жесткости для армирования композиционных изделий. Недостатком данного способа является невозможность изготовления оболочек сложных форм из-за отсутствия деформационных свойств получаемого тканого материала.

Известен способ изготовления тканой заготовки с неосевым армированием [заявка на изобретение РФ №2007118467 от 27.12.2008, МПК B29C 70/24], которым можно получать заготовки криволинейной формы на поворотных оправках. Недостатком способа является низкая производительность и сложность изготовления.

Ближайшим аналогом заявляемого решения является способ изготовления цельнотканой оболочки с комбинацией двухниточных и трехниточных переплетений [патент на изобретение РФ №2346092 от 10.02.2009, D03D 13/00]. Способ позволяет получать заготовки с расположением нитей под углом 90° в зонах с двухниточным переплетением и под углом 60° в зонах с трехниточным переплетением. Недостатками данного способа являются сложность изготовления и невозможность получения зон с высокой деформацией материала.

Сущность изобретения.

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка конструкции преформы, которая позволила бы снизить трудоемкость и себестоимость ее изготовления при улучшении качественных характеристик, а также расширить область применения.

Поставленная задача достигается тем, что плетенная преформа для изготовления композиционных конструкционных деталей сложной формы, состоящая из комбинации зон двухниточного и трехниточного переплетения, содержит параллельные в виде лент зоны с двухниточным переплетением, перемежающиеся параллельными зонами с трехниточным переплетением, при этом параллельные зоны с трехниточным переплетением образованы на двухниточном переплетении путем ввода третьей системы параллельных нитей вдоль направления зон.

Кроме того, зоны с двухниточным переплетением могут быть выполнены с расположением нитей под углом, равным 7-45° к продольной оси преформы, или с расположением нитей под углом, равным 45-83° к продольной оси преформы.

Такая конструкция плетеной преформы позволяет изготовить изделие из ПКМ сложной пространственной формы с ребрами жесткости без использования трудоемких швейных и раскройных операций.

Перечень фигур на чертежах.

Изобретения поясняются чертежами, на которых:

- Фиг.1 показывает общий вид плетенной преформы;

- Фиг.2 и 3 показывает деформацию стенок изделия в виде П-образной балки;

- Фиг.4 показывает образование криволинейной формы балки деформацией растяжения стенок;

- Фиг.5 показывает общий вид плетенной преформы, предназначенной для изготовления панели с ребрами;

- Фиг.6 показывает образование криволинейной формы панели деформацией растяжения ребер;

- Фиг.7 показывает образование криволинейной формы панели деформацией сжатия ребер.

Осуществление изобретения.

Изобретение реализуется следующим образом.

Плетеная преформа для изготовления композиционных конструкционных деталей сложной формы состоит из комбинации зон двухниточного и трехниточного переплетения. При этом преформа содержит параллельные в виде лент зоны с двухниточным переплетением, перемежающиеся параллельными зонами с трехниточным переплетением. Параллельные зоны с трехниточным переплетением образованы на двухниточном переплетении путем ввода третьей системы параллельных нитей вдоль направления зон.

Зоны с двухниточным переплетением могут быть выполнены с расположением нитей под углом φ, равным: 7-45° или 45-83° к продольной оси материала.

Плетенная преформа может быть выполнена с различным количеством зон.

Плетеная преформа для изготовления деталей типа балки швеллерного сечения представлена на Фиг.1. Преформа состоит из параллельно расположенных зон 1, 2, 3 с различными видами переплетения. Зоны 1 и 3 имеют двухниточное переплетение, а зона 2 имеет трехниточное переплетение.

В преформе нити располагаются симметрично относительно оси 4 материала под углом φ, при этом сетевой угол переплетения (угол между нитями) равен 2 φ.

Величина деформации стенок преформы определяется максимальным и минимальным уголом φ (фиг.2), который зависит от внутреннего R1 и внешнего радиуса R2 изготавливаемой детали.

Преформу выполняют с углом φ расположения нитей в зонах с двухниточным переплетением равным по формулам:

где R1, R2 - внутренний, внешний радиусы детали, получаемой из преформы, соответственно, мм

Rmin, Rmax - минимальный, максимальной радиусы детали, получаемой из преформы, соответственно мм;

φmax, φmin - минимальный, максимальной углы перекоса нитей материала соответственно, рад;

R0 - средний радиус изделия с углом φ=45°.

Двухниточное переплетение образует структуру материала из ячеек в виде квадрата, прямоугольника, ромба или параллелограмма. Такие ячейки могут изменять свою форму за счет изменения сетевого угла между прилежащими сторонами, величина изменения которого составляет от 7° до 83° и зависит от плотности переплетения нитей в структуре плетеного материала.

Трехниточное переплетение образует структуру из треугольных ячеек, которые не могут изменять свою форму за счет изменения сетевого угла между прилежащими сторонами и в таких материалах деформационная способность отсутствует.

В результате появляется возможность создавать зоны с высокой деформационной способностью материала. Зоны 1 и 3 могут деформироваться путем сжатия или растяжения материала, при этом зона 2 не деформируется.

Преформа изготавливается из углеволокнистых, стекловолокнистых, базальтовых и других видов волокон.

Ширина и длина преформы, количество и расположение зон подбираются в зависимости от размеров и форм изделия.

Плетеную преформу получают на плетельном оборудовании за счет образования параллельных зон комбинациями двухниточного переплетения - зоны 1 и 3 и трехниточного переплетения - зона 2. В зонах префомы с двухниточным переплетением две системы нитей располагают под углом φ от 7 до 83° по отношению к оси 4 вырабатываемого материала путем подбора скорости плетения. Для образования зон с трехниточным переплетением вводят третью систему параллельных нитей параллельно оси материала путем стандартной заправки дополнительных основных нитей.

Преформы по разрабатываемому изобретению могут быть использованы для производства: уголковых криволинейных профилей, панелей сложной пространственной формы, преформ кольцевой и тороидальной формы, например окантовка иллюминатора.

Пример 1

Формообразование сложной формы балки с П-образным сечением (фиг.3) осуществляют путем цилиндрического изгиба зоны с трехниточным плетением и расположения стенок 6, 7 из зон двухниточного плетения перпендикулярно к полке 8.

При изготовлении балки с внутренними стенками производят деформацию сжатия стенок балки, которая увеличивается от полки к краю стенки и зависит от радиуса изгиба полки и высоты стенок. В этом случае в преформе используют переплетение с углом φ в интервале от 7 до 45°, что увеличивает деформационную способность сжатия стенок балки.

При изготовлении балки с внешними стенками 9, 10 (фиг.4) производят деформацию растяжения стенок балки, которая увеличивается от полки 11 к краю стенки и зависит от радиуса изгиба полки и высоты стенок. Поэтому в преформе используют переплетение с углом φ в интервале от 45 до 83°. В обоих случаях изгиб полки балки - зона 2 осуществляется без деформации структуры материала.

Пример 2.

Формообразование панели сложной формы с Ш-образным сечением (фиг.5) осуществляют путем цилиндрического изгиба полок панелей, выполненных из трехниточного плетения, и расположения стенок, выполненных из двухниточного плетения, в плоскостях, перпендикулярных к полке, пересекающих линии 17, обозначающие границы между зонами.

При изготовлении плетеной преформы для оребренной панели формируют необходимое количество параллельных зон с двухниточным - зоны 13, 15 и трехниточным переплетением - зоны 12, 14, 16 в зависимости от числа ребер изделия. При этом ширину стенок (зоны 13 и 15) берут равными двум высотам ребер изделия.

Для получения ребер 18, 19, 21, 22 (фиг.6, 7) зоны складывают по середине и закрепляют после изгиба клеевыми или ниточными соединениями на швейной машине по линиям основания ребер 20, 23 на полках 24, 25.

При изготовлении преформы панели с внутренними ребрами (фиг.6) производят деформацию сжатия ребер панели, которая увеличивается от полки 24 к краю ребер 18, 19 и зависит от радиуса изгиба полки и высоты ребра. В этом случае в преформе используют переплетение с углом φ в интервале от 7 до 45°.

При изготовлении префомы панели с внешними ребрами (фиг.7) производят деформацию растяжения ребер, которая увеличивается от полки 25 к краю ребер и зависит от радиуса изгиба полки и высоты ребер. Поэтому в преформе используют переплетение углом φ в интервале от 45 до 83°.

Изготовленные изложенными способами преформы подвергаются дальнейшей пропитке и полимеризации известными способами формования.

Использование в плетеных преформах комбинированных переплетений с образованием зон с разными деформационными свойствами позволяет создавать преформы сложной формы с зональным изменениями свойств. Это значительно расширяет область применения, создает возможности получения новых видов плетеных преформ для армирования изделий из композиционных материалов. Вследствие этого улучшаются технические, экономические и эксплуатационные характеристики. Кроме того, существенно упрощается технология изготовления, снижается трудоемкость, повышается производительность труда.

Изобретение относится к текстильной промышленности и может быть использовано в авиа и машиностроении при изготовления конструкционных деталей сложных форм с ребрами жесткости из полимерных композиционных материалов ПКМ, например шпангоутов, криволинейных балок и панелей, окантовок иллюминаторов и т.д., получаемых методами РТМ формования, инфузии и пултрузии. Задачей предлагаемого изобретения является разработка конструкции преформы, позволиляющей снизить трудоемкость и себестоимость ее изготовления при улучшении качественных характеристик, а также расширить область применения. Поставленная задача достигается тем, что плетенная преформа для изготовления композиционных конструкционных деталей сложной формы, состоящая из комбинации зон двухниточного и трехниточного переплетения, содержит параллельные в виде лент зоны с двухниточным переплетением, перемежающиеся параллельными зонами с трехниточным переплетением, при этом параллельные зоны с трехниточным переплетением образованы на двухниточном переплетении путем ввода третьей системы параллельных нитей вдоль направления зон. Кроме того, зоны с двухниточным переплетением могут быть выполнены с расположением нитей под углом, равным 7-45° к продольной оси преформы, или с расположением нитей под углом, равным 45-83° к продольной оси преформы. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Плетеная преформа для изготовления композиционных конструкционных деталей сложной формы, включающих ребра или стенки, состоящая из комбинации зон двухниточного и трехниточного переплетения, образованного на двухниточном переплетении путем ввода третьей системы параллельных нитей, отличающаяся тем, что содержит параллельные в виде лент зоны с двухниточным переплетением, перемежающиеся параллельными зонами с трехниточным переплетением, при этом необходимое количество параллельных зон с двухниточным и трехниточным переплетением формируют в зависимости от числа ребер или стенок.

2. Плетеная преформа для изготовления композиционных конструкционных деталей сложной формы по п.1, отличающаяся тем, что зоны с двухниточным переплетением выполнены с расположением нитей под углом, равным 7-45° к продольной оси преформы для деталей с внутренними ребрами или стенками.

3. Плетеная преформа для изготовления композиционных конструкционных деталей сложной формы по п.1, отличающаяся тем, что зоны с двухниточным переплетением выполнены с расположением нитей под углом, равным 45-83° к продольной оси преформы для деталей с внешними ребрами или стенками.