ФОРМООБРАЗУЮЩАЯ ОСНАСТКА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ АРМИРОВАННОГО ПОЛИМЕРНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА МЕТОДОМ ПРОПИТКИ АРМИРУЮЩЕГО МАТЕРИАЛА СВЯЗУЮЩИМ, ОТВЕРЖДАЮЩИМСЯ ПРИ НАГРЕВЕ, ПОД ДАВЛЕНИЕМ

Полезная модель относится к приспособлениям для изготовления деталей из армированного полимерного композиционного материала методом пропитки армирующего материала связующим, отверждающимся при нагреве, под давлением, в частности RTM методом. RTM метод позволяет получать детали из полимерных композиционных материалов различной сложности с высокой точностью и высоким объемным содержанием армирующих волокон за счет пропитки сухого армирующего материала связующим.
Процесс RTM осуществляется следующим образом: армирующий материал в виде сухой преформы укладывается в жесткую, состоящую из двух оболочек пресс-форму. Далее пресс-форму герметизируют и закрывают. После этого из пресс-формы откачивают воздух, оснастку нагревают до нужной температуры и под избыточным давлением начинают инжектировать связующее. После того как армирующий материал полностью пропитывается связующим, оснастку нагревают до температуры полимеризации смолы и выдерживают до полного отверждения связующего. После завершения отверждения полученное изделие вынимают из пресс-формы. В результате этого процесса получают композитные детали высокого качества. Пресс-форма после завершения процесса очищается от остатков связующего и может использоваться для повторного изготовления деталей.
Детали из композиционных материалов используются в авиации, космонавтике, автомобильном машиностроении и в других отраслях. Таким образом, множество композитных деталей могут быть изготовлены RTM методом.
Проблема в области производства композитных изделий RTM методом заключается в необходимости применения сложного высокотехнологичного оборудования. Однако даже дорогостоящее оборудование не обеспечивает полной автоматизации процесса производства изделий данным методом. Поэтому проблема автоматизации RTM метода до сих пор является актуальной. Сложности с автоматизацией возникают в связи с тем, что RTM технология состоит из множества процессов, включающих в себя вакуумирование связующего, вакуумирование армирующего материала, подачу связующего при избыточном давлении и так далее. На каждом из этих этапов пресс-форма и резервуар для связующего должны оставаться герметичными. При попытке автоматизировать процесс возникает множество проблем с герметичностью, загрязнением оборудования связующим, что приводит к возрастанию числа используемых расходных материалов, что в свою очередь приводит к увеличению себестоимости производимых изделий.
Наиболее близким по заявленному техническому решению является приспособление, описанное в патенте РФ №2423237 (В29С 70/48, опубл. 20.12.2009, бюл. №1).
Группа изобретений относится к приспособлению для изготовления упрочненного волокном композитного компонента при помощи способа формовки с переносом смолы, к системе, включающей указанное приспособление, а также к способу изготовления упрочненного волокном композитного компонента, в частности, к способу формовки с переносом смолы. Приспособление содержит базовый элемент пресс-формы. В базовом элементе предусмотрены рабочая камера, предназначенная для приема полуфабриката, и камера хранения, предназначенная для приема смолы, содержащая заполненный смолой пакет с отверстием, снабженным ситом. Также в базовом элементе выполнена передаточная линия, соединяющая рабочую камеру с отверстием в камере хранения. При этом базовый элемент выполнен в виде одной детали, а камера хранения выполнена так, что заполненный смолой пакет может быть введен в камеру хранения.
Способ включает введение полуфабриката в рабочую камеру приспособления по одному и подачу смолистого материала в камеру хранения приспособления. При этом заполненный смолой пакет для хранения вводят в камеру хранения. Способ включает также перенос смолистого материала по передаточной линии в полуфабрикат за счет подачи в камеру хранения сжатого воздуха и/или за счет откачки рабочей камеры.
Данное устройство принято за прототип.
Задача автоматизации техпроцесса решается тем, что камера для связующего изготавливается внутри пресс-формы для укладки армирующего материала. Давление для инжекции связующего создается воздухом. Такое техническое решение позволяет обойтись без специальных питательных линий для связующего, а значит, уменьшает количество расходных материалов. Также в способе предусмотрена автоматическая загрузка контейнера связующим и своевременное перекрытие выхода связующего из пресс-формы при выполнении инжекции.
Недостатком прототипа является необходимость использования дополнительного оборудования для реализации процесса изготовления деталей из полимерных композиционных материалов методом пропитки армирующего материала под давлением, а именно дополнительного оборудования для создания давления воздухом. Это оборудование должно подавать воздух при достижении пресс-формой необходимой температуры для подачи связующего. Эта задача должна решаться либо дополнительным управляющим оборудованием, либо вручную.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в создании приспособления для изготовления деталей из полимерных композиционных материалов методом пропитки армирующего материала связующим под давлением, которое позволило бы при простом технологическом процессе получать изделия в автоматическом режиме без использования дополнительного оборудования для создания давления.
Технический результат достигается тем, что в формообразующей оснастке для изготовления деталей из армированного полимерного композиционного материала методом пропитки армирующего материала связующим, отверждающимся при нагреве, под давлением, состоящей из двух разъемных частей - нижней части и верхней крышки, которые при смыкании образуют камеру для армирующего материала и камеру для связующего, связанные друг с другом каналом, новым является то, что камера для связующего дополнительно содержит отсек для терморасширяющегося материала, отделенный от нее упругой мембраной, при этом давление пропитки создается за счет скачкообразного увеличения объема терморасширяющегося материала при достижении им температуры плавления. В качестве терморасширяющегося вещества может быть использован нефтяной или синтетический церезин.
Сущность полезной модели показана на Фиг. 1 и 2.
Здесь: 1 - нижняя часть; 2 - крышка; 3 - камера для укладки армирующего материала; 4 - камера для связующего; 5 - отсек для терморасширяющенгося материала; 6 - канал для связующего; 7 - мембрана; 8 - клапан для перекрытия связующего; 9 - связующее; 10 - армирующий материал.
На Фиг. 1 показана заявляемая формообразующая оснастка для изготовления деталей из армированного полимерного композиционного материала методом пропитки армирующего материала связующим, отверждающимся при нагреве, под давлением.
В заявляемой формообразующей оснастке предусмотрена крышка 2 и нижняя часть 1. При смыкании они образуют две камеры: камеру 3 для армирующего материала и камеру 4 для связующего, причем камера 4 содержит отсек 5, в котором размещают вещество, обладающее эффектом скачкообразного расширения при плавлении, камеры 3 и 4 соединены каналом 6, а отсек 5 отделен от камеры 4 упругой мембраной 7.
Принцип работы заключается в следующем. В камере 3 размещают армирующий материал, в камеру 4 набирают связующее. Затем на нижнюю часть 1 оснастки опускают крышку 2 и нагревают оснастку до температуры плавления терморасширяющегося вещества, расположенного в отсеке 5. При нагреве вещество расширяется и оказывает давление на мембрану 7, которая в свою очередь выталкивает связующее из камеры 4 через канал 6 в камеру 3 с армирующим материалом. После того как связующее пропитало армирующий материал (о чем свидетельствует выход связующего из оснастки) клапан 8 закрывают. Далее согласно технологическому режиму оснастка нагревается до температуры, при которой происходит отверждение связующего, выдерживается в течение определенного технологическим режимом времени и остужается до комнатной температуры. Затем из оснастки извлекается готовая деталь из полимерного композиционного материала.
На Фиг. 2 изображено приспособление со связующим 9 и уложенным сухим армирующим материалом 10.
Данное приспособление дает возможность создания надежного автоматизированного процесса изготовления деталей из композиционных материалов.
Преимущество данного приспособления заключается в простоте конструкции, в отсутствии необходимости использования дополнительного оборудования и возможности изготавливать детали из полимерных композиционных материалов в автоматическом режиме.