Радиопрозрачная термостойкая трехслойная сотовая конструкция Российский патент 2022 года по МПК C03C27/00 B64C3/26 

Изобретение относится к области композиционных материалов, а именно к трехслойным сотовым конструкциям, применяемым для изготовления различных узлов самолетов и тепловых экранов летательных аппаратов.

Постоянно растущие требования к техническим характеристикам отечественных изделий требуют совершенствования конструкций и применяемых в них материалов, в том числе создания новых радиопрозрачных термостойких трехслойных сотовых конструкций.

Известны трехслойные конструкции, широко применяемые в авиастроении, изготовленные из арамидных или стеклопластиковых сотовых заполнителей (Технология изготовления сотовых авиационных конструкций», Берсудский В.Е., Крысин В.Н., Лесных С.И. М.: Машиностроение, 1975, 282 с.). Такие трехслойные конструкции изготовлены на основе фенолоформальдегидных или эпоксифенольных смол и работоспособны при температуре не выше 160-170°С.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является трехслойная конструкция (Высокотеплостойкие радиопрозрачные сотовые конструкции на основе полиимидных связующих», В.В. Павлов, О.К. Белый, В.Л. Косарев, З.Н. Колобова и Л.А. Дементьева. Авиационная промышленность 1971, с. 5-8), состоящая из сотового заполнителя, изготовленного из объемной многослойной стеклоткани ОССТ-10, пропитанной полиимидным связующим, и двух листовых материалов, изготовленных из кварцевой стеклоткани ТС-8/3-250, пропитанной полиимидным связующим, склеенных по торцовым поверхностям сотового заполнителя тем же полиимидным связующим. Такая конструкция сотовой панели работоспособна при температуре 300°С.

В качестве недостатков прототипа следует указать недостаточно высокую температуру их эксплуатации в соответствии с требованиями современного уровня развития техники.

Задачей изобретения является создание радиопрозрачной термостойкой трехслойной сотовой конструкции с повышенной до 600°С температурой эксплуатации, обладающей высокими радиотехническими характеристиками.

Решение поставленной задачи достигается тем, что радиопрозрачная термостойкая сотовая трехслойная конструкция, состоящая из сотового заполнителя и обшивок, соединенных с торцовыми поверхностями сотового заполнителя связующим, отличающаяся тем, что сотовый заполнитель выполнен из стеклосотопласта ССПК-500-3,5П на основе кварцевой стеклоткани ТК-3, пропитанной полиимидным связующим СП-97К, модифицированным мета-карбораном Д-м-18 в количестве (3,0-7,0) % масc., и покрыт кремнийорганическим связующим МФСС-8, в ячейки заполнителя запрессован теплоизоляционный материал ТЗМК-10М, обшивки выполнены из кварцевой стеклоткани ТС-8/3-К-ТО, пропитанной неорганическим связующим ФОСКОН 351 с добавлением микрошлифовального порошка электрокорунда 25 AF1200 в количестве (30-40) % масc., и соединены с торцовыми поверхностями сотового заполнителя неорганическим связующим ФОСКОН 351 с добавлением микрошлифовального порошка электрокорунда 25 AF1200 в количестве (40-60)% масc.

Предлагаемое изобретение позволяет получать радиопрозрачную сотовую трехслойную конструкцию, работоспособную при температуре 600°С.

Мета-карборан Д-м-18 в составе сотового заполнителя и покрытие сотового заполнителя кремнийорганическим связующим МФСС-8 повышают его термостойкость до 500°С, а микрошлифовальный порошок электрокорунда 25 АF 1200 в составе неорганического связующего ФОСКОН 351 в обшивках повышает его вязкость и обеспечивает монолитность обшивок. Введение микрошлифовального порошка электрокорунда 25АF 1200 в состав неорганического связующего ФОСКОН 351 в количестве (40-60) % масc. для соединения сотового заполнителя с обшивками повышает его вязкость и обеспечивает образование необходимых галтелей на торцовых поверхностях стенок ячеек сотового заполнителя, что является важным условием при их склеивании. Теплоизоляционный материал ТЗМК-10М, работоспособный при температуре 1100°С, представляющий собой высокопористый волокнистый материал, защищает стенки сотового заполнителя от воздействия высоких температур без значительного увеличения веса конструкции.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется примерами.

Пример 1. Радиопрозрачную термостойкую трехслойную сотовую конструкцию изготавливали методом прессования при температуре 350°С и удельном давлении 0,02 МПа из сотового заполнителя ССПК-500-3,5П, ТУ 1-596-545-2018 , стенки которого изготовлены из кварцевой стеклоткани марки ТК-3, ТУ 6-19-062-100-88, пропитанной связующим марки СП-97К, ТУ 1-595-10-1087-2009 с добавлением мета-карборана Д-м-18, ТУ 6-02-1017-75 в количестве 5 % масс, покрытого слоем кремнийорганического связующего МФСС-8, ТУ 6-02-1352-87, в ячейки которого запрессован теплоизоляционный материал марки ТЗМК-10М, ТУ 1-596-548-2018, изготовленный на основе тонких кварцевых волокон, и двух обшивок, выполненных из кварцевой стеклоткани марки ТС-8/3-К-ТО, ТУ 6-98-112-94, пропитанной неорганическим связующим марки ФОСКОН 351, ТУ 2149-150-10964029-01 с добавлением микрошлифовального порошка электрокорунда марки 25AF 1200, ТУ 3988-075-00224450-99 в количестве 35 % масc. и связующего марки ФОСКОН 351 с добавлением микрошлифовального порошка электрокорунда марки 25 AF1200 в количестве 50 % масc. для соединения сотового заполнителя с обшивками.

Проводили испытания образцов полученных сотовых трехслойных конструкций на определение:

– прочности при сжатии по ОСТ 1 90150-74 при комнатной температуре и при температуре 600°С, выдержка 5 мин (σ сжатия);

– прочности при сдвиге по ОСТ 1 90122-74 при комнатной температуре и при температуре 600°С, выдержка 5 мин (σ сдвига);

- прочности при четырехточечном изгибе при комнатной температуре и при температуре 600°С, выдержки 5 мин по методике ПМ 596.1682-2009 (σ изгиба);

- коэффициента прохождения (КП) электромагнитных волн на частоте 8,0-11,0 ГГЦ при нормальном падении плоской волны;

- диэлектрической проницаемости на частоте 10 ГГЦ (ɛ);

- тангенса угла диэлектрических потерь на частоте 10 ГГЦ (tgδ).

Пример 2. Радиопрозрачную термостойкую трехслойную сотовую конструкцию изготавливали аналогично примеру 1 с той лишь разницей, что пропитку кварцевой стеклоткани ТК-3 при изготовлении сотового заполнителя выполняли связующим марки СП-97К, модифицированным мета-карбораном Д-м-18 в количестве 3,0 % масc.

Пример 3. Радиопрозрачную термостойкую трехслойную сотовую конструкцию изготавливали аналогично примеру 1 с той лишь разницей, что пропитку кварцевой стеклоткани ТК-3 при изготовлении сотового заполнителя выполняли связующим марки СП-97К, модифицированным мета-карбораном Д-м-18 в количестве 7,0 % масс.

Пример 4. Радиопрозрачную термостойкую трехслойную сотовую конструкцию изготавливали аналогично примеру 1 с той лишь разницей, что обшивки были выполнены из кварцевой стеклоткани марки ТС-8/3-К-ТО, пропитанной неорганическим связующим марки ФОСКОН 351 с добавлением микрошлифовального порошка электрокорунда марки 25AF 1200 в количестве 30 % масс.

Пример 5. Радиопрозрачную термостойкую трехслойную сотовую конструкцию изготавливали аналогично примеру 1 с той лишь разницей, что обшивки были выполнены из кварцевой стеклоткани марки ТС-8/3-К-ТО, пропитанной неорганическим связующим марки ФОСКОН 351 с добавлением микрошлифовального порошка электрокорунда марки 25AF 1200 в количестве 40 % масс.

Пример 6. Радиопрозрачную термостойкую трехслойную сотовую конструкцию изготавливали аналогично примеру 1 с той лишь разницей, что соединение сотового заполнителя и обшивок было выполнено связующим марки ФОСКОН 351 с добавлением микрошлифовального порошка электрокорунда марки 25AF 1200 в количестве 40 % масс.

Пример 7. Радиопрозрачную термостойкую трехслойную сотовую конструкцию изготавливали аналогично примеру 1 с той лишь разницей, что соединение сотового заполнителя и обшивок было выполнено связующим марки ФОСКОН 351 с добавлением микрошлифовального порошка электрокорунда марки 25AF 1200 в количестве 60 % масс.

Свойства радиопрозрачных термостойких трехслойных сотовых конструкций приведены в таблице.

Таблица

№
примера Прочность при сжатии,
МПа Предел прочности при четырехточечном изгибе,
МПа Прочность при сдвиге,
МПа Температура испытаний, °С/ Время выдержки, мин 20 600/ 5 20 600/ 5 700/ 5 20 600/ 5 1 4,6±0,5 1,4±0,3 18,8±1,9 6,7±0,5 4,1±0,4 1,8±0,1 0,7±0,3 2 4,5±0,4 1,3±0,4 18,0±2,1 6,5±0,4 - - - 3 4,7±0,6 1,4±0,5 19,1±2,4 6,9±0,7 - - - 4 4,6±0,5 - 18,8±1,9 6,9±0,8 - - - 5 4,6±0,5 - 18,6±2,2 6,4±1,0 - - - 6 4,6±0,5 - 18,4±2,0 6,8±0/.6 - 1,9±0,3 0,8±0,2 7 4,6±0,5 - 18,2±1,8 6,3±0,3 - 1,7±0,2 0,5±0,3 Прототип 1,8±0,2 - 38,1±2,2 - - - -

В результате электрофизических испытаний термостойкой трехслойной сотовой конструкции установлено, что коэффициент прохождения при нормальном падении плоской радиоволны составляет 94-98% на частотах в интервале 8,0-11,0 ГГц, диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь составляют 2,3 и 0,0069, соответственно, что свидетельствует о ее радиопрозрачности, а согласно представленным в таблице результатам, разработанная термостойкая трехслойная конструкция имеет высокие прочностные характеристики как при температуре 20°С, так и при температуре 600°С, обладает температурой эксплуатации 600°С, что на 300°С выше по сравнению с прототипом.

Предлагаемое изобретение позволяет получать термостойкую сотовую трехслойную конструкцию, работоспособную при температуре 600°С и обладающую высокими радиотехническими характеристиками.

Изобретение относится к области композиционных материалов, а именно к трехслойным сотовым конструкциям, применяемым для изготовления различных узлов самолетов и тепловых экранов летательных аппаратов. Технический результат заключается в повышении до 600°С температуры эксплуатации с обеспечением высоких радиотехнических характеристик. Радиопрозрачная термостойкая сотовая трехслойная конструкция состоит из сотового заполнителя из стеклосотопласта ССПК-500-3,5П на основе кварцевой стеклоткани ТК-3, пропитанной полиимидным связующим СП-97К, модифицированным мета-карбораном Д-м-18 в количестве (3,0-7,0) % масc. Стеклосотопласт покрыт кремнийорганическим связующим МФСС-8. Обшивки выполнены из кварцевой стеклоткани ТС-8/3-К-ТО, пропитанной неорганическим связующим ФОСКОН 351 с добавлением микрошлифовального порошка электрокорунда 25 AF1200 в количестве (30-40) % масc., которые соединены с торцовыми поверхностями сотового заполнителя неорганическим связующим ФОСКОН 351 с добавлением микрошлифовального порошка электрокорунда 25 AF1200 в количестве (40-60)% масc. В ячейки сотового заполнителя запрессован теплоизоляционный материал ТЗМК-10М. 1 табл.

Радиопрозрачная термостойкая сотовая трехслойная конструкция, состоящая из сотового заполнителя и обшивок, соединенных с торцовыми поверхностями сотового заполнителя связующим, отличающаяся тем, что сотовый заполнитель выполнен из стеклосотопласта ССПК-500-3,5П на основе кварцевой стеклоткани ТК-3, пропитанной полиимидным связующим СП-97К, модифицированным мета-карбораном Д-м-18 в количестве (3,0-7,0) % масc., и покрыт кремнийорганическим связующим МФСС-8, в ячейки заполнителя запрессован теплоизоляционный материал ТЗМК-10М, обшивки выполнены из кварцевой стеклоткани ТС-8/3-К-ТО, пропитанной неорганическим связующим ФОСКОН 351 с добавлением микрошлифовального порошка электрокорунда 25 AF1200 в количестве (30-40) % масc., и соединены с торцовыми поверхностями сотового заполнителя неорганическим связующим ФОСКОН 351 с добавлением микрошлифовального порошка электрокорунда 25 AF1200 в количестве (40-60)% масc.