КОМПОЗИТНАЯ ПЛИТА И СПОСОБ ОСУШЕНИЯ КОМПОЗИТНОЙ ПЛИТЫ
COMPOSITE PLATE AND METHOD OF ITS DRYING

Изобретение относится к композитной плите, содержащей первый покрывной слой, второй покрывной слой и внутренний слой, расположенный между первым и вторым покрывными слоями, и имеющий большое количество камер, которые, по меньшей мере, частично открыты по направлению к первому покрывному слою и которые отделены друг от друга посредством стенок, а также оно относится к способу осушения такой композитной плиты.

В настоящее время для плакирования или облицовки внутренних частей самолетов используют главным образом закрытые многослойные конструкции с «сотовой» внутренней частью, например, содержащей материал из арамидного волокна, носящий название Nomex, и с покрывными слоями из препрега со стекловолокном и/или препрега с углеволокном. Однако этот вид композитных плит полностью блокирован в отношении прохождения к ним или прохождения через них текучих сред в виде жидкости или газа. При этом можно заметить, что недостаточная газопроницаемость приводит к выводу о том, что этот вид композитных плит полностью отвечает выполнению требований в отношении гашения звука.
Композитные плиты, выполненные, в частности, с учетом гашения звука, известны, например, из документа Германии DE 2211051, документа Германии DE 3913255 А1, европейского документа ЕР 0747285 В1 и из документа Германии DE 20016051 U1. При этом в каждом случае, по меньшей мере, один покрывной слой имеет большое количество отверстий или микропор, которые обеспечивают, по меньшей мере, частичную газопроницаемость.
Будет понятно, что отверстия в покрывных слоях также обеспечивают возможность проникновения жидкостей, например воды, образуемой при конденсации, в камеры или соты внутреннего слоя. Прохождение в них воды может привести к коррозии или гниению материалов композитной плиты. В частности, в случае ситуации с циклической нагрузкой, предполагающей оттаивание/замораживание, могут иметь место нежелательные последствия, заключающиеся в расслоении. К этому следует добавить тот факт, что захождение жидкости может привести к закрыванию отверстий с соответствующим ухудшением свойств, касающихся акустического демпфирования.
В документе Германии DE 2211051 для удаления жидкостей, которые проникли в плиту, предложено, чтобы стенки камер были выполнены с отверстиями, которые сопряжены с покрывными слоями и через которые могут стекать жидкости. Однако можно заметить, что эти отверстия или прорези имеют недостатки, состоящие в том, что они усложняют изготовление композитных плит и могут оказывать непредсказуемое влияние на демпфирующие свойства таких плит.
Поэтому один из аспектов изобретения заключается в создании композитной плиты такого типа, который указан во вводной части этого описания, и способа осушения такой композитной плиты, в случае которых можно избежать указанных выше недостатков, при этом повышенную стойкость к проникновению жидкости или к образованию скоплений жидкости обеспечивают простым и непрерывным способом.
Согласно изобретению предложена композитная плита, содержащая первый покрывной слой, второй покрывной слой и внутренний слой, расположенный между первым и вторым покрывными слоями и имеющий большое количество камер, которые, по меньшей мере, частично открыты к первому покрывному слою и которые отделены друг от друга посредством стенок, при этом первый покрывной слой имеет дренажный слой, а камеры, по меньшей мере, частично покрыты дренажным слоем.
Кроме того, предложен способ осушения внутреннего слоя такой композитной плиты, содержащий следующие стадии, на которых осуществляют: создание дренажного слоя в первом покрывном слое, при этом дренажный слой соответствующим образом, по меньшей мере, частично покрывает отверстие камеры, получение жидкости из большого количества камер, которые, по меньшей мере, частично открыты к первому покрывному слою и которые отделены друг от друга посредством стенок, дренажным слоем и удаление жидкости из дренажного слоя и композитной плиты.
Изобретение основано на обеспечении того, что газопроницаемость, которая желательна по причинам акустики, может быть достигнута без какой-либо просачивающейся жидкости, остающейся в камерах композитной плиты или в стенках камер, которые должны быть выполнены с отверстиями для выпуска просочившейся жидкости, если покрывной слой выполняет дренажную функцию. Просочившаяся жидкость проходит из внутренней части камер, которая, по меньшей мере, частично также ограничена посредством дренажного слоя, в дренажный слой, в который она может быть выпущена из камер и наружу от внутреннего слоя. Если средство, ограничивающее внутреннюю часть камеры, выполняет функцию приема жидкости и ее удаления из внутренней части камеры, то оно, следовательно, обеспечивает сохранение внутренней части камеры достаточно сухой и в достаточной степени защищенной от напряжений, вызываемых повторяемыми замораживанием и оттаиванием, и от опасности расслаивания.
В конфигурации согласно изобретению дренажный слой включает в себя осушающий жидкость текстиль, при этом текстиль, в частности, является гидрофильным. Тканый или нетканый текстиль может быть легко обеспечен порами, небольшими отверстиями или подобными средствами, при наличии которых капиллярные силы обеспечивают прохождение жидкости в текстиль или между волокнами текстиля, при этом жидкость в дальнейшем может быть удалена из текстиля частично посредством испарения и частично вследствие действующей на нее силы, например силы тяжести. В частности, в случае предполагаемого использования в самолете, главным образом внутри него, можно полагать, что здесь жидкостью является вода, которая наиболее часто может проникать внутрь композитной плиты и будет вызывать наибольшую часть возможных повреждений. Поэтому предпочтительно, если текстиль вполне оптимально пригоден для дренирования воды.
Предпочтительно, если текстиль представляет собой тканый текстиль на основе полиэфира, в частности на основе полиэтилентерефталата (РЕТ). Текстили этого типа, в свою очередь, особенно стойки и могут быть оптимальным образом подвергнуты обработке. Характер ткачества могут специально задавать размер ячейки и тип ячейки, посредством чего можно влиять на результат, касающийся дренирования жидкости.
В данном случае особенно предпочтительно, если текстиль отвечает требованиям касающихся защиты от возгорания стандартов, DIN 4102 часть 1/В1 и EN 1021 часть 1+2. Таким образом, композитная плита с текстилем может быть использована в самолете без дополнительной обработки, при этом соответствующие известные компоненты, которые уже могут быть применены в самолете, могут быть использованы как дополнительные составляющие композитной плиты без необходимости выполнения дополнительной обработки.
В случае еще одной конфигурации дренажный слой имеет дренажную полосу, которая проходит за пределами внутреннего слоя, при этом дренажная полоса, в частности, имеет конфигурацию, которая сужается в направлении от внутреннего слоя. Было установлено, что такая дренажная полоса упрощает удаление жидкости, заходящей в дренажный слой, из дренажного слоя, что может происходить, например, вследствие действия сил сдвига. Для этого, когда композитную плиту используют по вертикали, дренажная полоса предпочтительно должна быть расположена у нижнего конца композитной плиты. Когда композитную плиту устанавливают по горизонтали, предпочтительно, чтобы дренажный слой был расположен под внутренним слоем, и в этом случае дренажная полоса, кроме того, может свисать вниз от композитной плиты.
В случае еще одной предпочтительной конфигурации композитной плиты согласно настоящему изобретению первый покрывной слой дополнительно имеет первый проходимый насквозь слой, расположенный между дренажным слоем и внутренним слоем, при этом первый проходимый насквозь слой выполняют с отверстиями, по меньшей мере, частично покрытыми дренажным слоем. Установлено, что желаемое дренирование жидкости из внутреннего слоя также может быть обеспечено и тогда, когда между дренажным слоем и внутренним слоем расположен первый проходимый насквозь слой, который, например, может содействовать обеспечению желаемой устойчивости композитной плиты, если этот первый проходимый насквозь слой обеспечен отверстиями, так что дренажный слой будет смежным с внутренней частью камер внутреннего слоя посредством этих отверстий, и в этом случае дренируемая жидкость может проходить через отверстия в первом проходимом насквозь слое. Хотя с точки зрения легкости изготовления предпочтительно, чтобы внутренний слой был соединен с первым проходимым насквозь слоем, когда дренажный слой располагают на этом первом проходимом насквозь слое, согласно изобретению также можно обеспечить альтернативный или дополнительный слой таким образом, что дренажный слой будет расположен между таким альтернативным или дополнительным слоем и внутренним слоем.
В случае еще одной конфигурации композитной плиты согласно изобретению второй покрывной слой имеет второй проходимый насквозь слой с отверстиями, а большое количество камер, кроме того, соответственно, по меньшей мере, частично открыто ко второму покрывному слою в зоне отверстий во втором проходимом насквозь слое, при этом обеспечивают путь сквозного прохождения для газа через второй покрывной слой, внутренний слой и первый покрывной слой, и/или в обратном направлении. Если композитная плита выполнена с каналами или отверстиями, которые соответствующим образом проходят через всю композитную плиту от одного покрывного слоя к другому, то газ, в данном конкретном случае воздух, может проходить сквозь эти отверстия или каналы, обеспечивая при этом предпочтительные акустические свойства композитной плиты.
В предпочтительной конфигурации композитной плиты согласно изобретению первый или второй покрывной слой имеет электропроводный слой, в частности, содержащий электропроводную ткань. В случае электропроводного слоя композитная плита пригодна для экранирования электрического или электромагнитного полей. Электропроводный слой также может быть идентичен второму проходимому насквозь слою.
В этом отношении предпочтительно, если электропроводный слой обеспечен электропроводным контактным элементом, который выступает за электропроводный слой и может входить в соприкосновение с электропроводным слоем еще одной композитной плиты. Таким образом, различные композитные плиты уже могут быть приведены в электрический контакт друг с другом при монтаже быстрым и простым способом, при этом можно обойтись без дополнительных соединительных элементов или их дополнительного монтажа.
Предпочтительно, чтобы композитную плиту согласно изобретению использовали в качестве облицовки внутри самолета таким образом, чтобы дренажный слой был расположен с внутренней стороны. Композитная плита может быть использована фактически по вертикали как облицовка стены или фактически горизонтально как облицовка потолка.
Предпочтительно, чтобы стенки, которые отделяют камеры внутреннего слоя друг от друга, проходили фактически поперечно по отношению к внутреннему слою, то есть поперечно по отношению к направлению продольного прохождения внутреннего слоя или поперечно по отношению к поверхности внутреннего слоя, чтобы таким образом, помимо придания требуемой устойчивости, обеспечить, чтобы жидкость, которая должна стекать, стекала в сторону от дренажного слоя. Однако нет абсолютной необходимости в том, чтобы стенки проходили точно поперечно по отношению к поверхности внутреннего слоя, так что они также могут проходить наклонно по отношению к ней, причем наклон может быть задан и может изменяться в зависимости от соответствующего местоположения и цели использования.
Предпочтительные конфигурации согласно изобретению описаны более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг.1 представлен схематический, разнесенный вид в поперечном сечении первой композитной плиты согласно изобретению;
на фиг.2 представлен схематический, разнесенный вид в перспективе второй композитной плиты согласно изобретению;
на фиг.3 в увеличенном масштабе представлен схематический, разнесенный вид в поперечном сечении первой или второй композитной плиты согласно изобретению, показанных соответственно на фиг.1 и 2;
на фиг.4 представлен схематический вид в вертикальной проекции третьей композитной плиты согласно изобретению;
на фиг.5 схематически представлена технологическая последовательность операций, иллюстрирующая процесс, выполняемый по способу согласно изобретению.
Элементы, которые в разных вариантах соответствуют друг другу, имеют соответствующие друг другу обозначения. Ориентация видов служит для иллюстрации и не предполагает наложение каких-либо ограничений.
На фиг.1 представлен схематический вид в поперечном сечении в разнесенном состоянии первой композитной плиты или панели 1 согласно изобретению. Композитная плита имеет первый покрывной слой 3 и второй покрывной слой 5, между которыми расположен внутренний слой 7. Внутренний слой 7 включает в себя большое количество камер (не показаны), которые проходят поперечно по отношению к внутреннему слою 7, и каждая из которых открыта по направлению к первому и второму покрывному слою 3, 5. Далее камеры описаны более подробно. Первый покрывной слой 3 включает в себя дренажный слой 13, дренажную полосу 15 и первый проходимый насквозь слой 17. Слой 17 расположен между дренажным слоем 13 и внутренним слоем 7. Дренажная полоса 15 расположена на стороне дренажного слоя 13, которая противоположна по отношению к первому проходимому насквозь слою 17. Дренажная полоса 15 проходит по части поверхности дренажного слоя 13, а также проходит за дренажный слой 13. Второй покрывной слой 5 включает в себя второй проходимый насквозь слой 21, электропроводный слой 27 и контактный элемент 29. Второй проходимый насквозь слой 21 расположен между электропроводным слоем 27 и внутренним слоем 7. Контактный элемент 29 расположен с противоположной стороны от электропроводного слоя 27.

2
3
Дренажный слой 13, который преимущественно используют в данном случае, включает в себя гидрофобную ткань, например, доступную для приобретения ткань с наименованием Trevira CS. Ткань содержит 100% полиэтилентерефталата (РЕТ), при этом она обладает огнестойкостью, ее вес по отношению к площади поверхности составляет примерно 150 г/м, а ее толщина в сухом состоянии составляет примерно 0,5 мм. Дренажный слой 13 быстро сохнет на воздухе, обладает сопротивлением к разрыву, стоек к мойке, стоек к абразивному воздействию, с трудом поддерживает горение и не способствует росту грибков. Кроме того, ткань дренажного слоя 13 может обеспечивать выполнение термической сварки и имеет низкое сопротивление потоку, находящееся в районе 100 Нс/м. Она преимущественно обеспечивает проницаемость текучей средой.
В других вариантах, описанных со ссылками на чертежи, используют соответствующий дренажный слой 13. Однако в иных конфигурациях и вариантах согласно изобретению также можно использовать другие дренажные слои. Между прочим, при этом материал, размеры и структура дренажного слоя могут быть изменены.
В предпочтительной конфигурации дренажный слой 13 по своей природе является гидрофильным, чтобы удалять из камер воду как нежелательную жидкость, которая проникает в композитную плиту 1. В качестве альтернативы также можно применять олеофильный дренажный слой, чтобы в определенных зонах использования дренировать просочившиеся масла.
Первый и второй проходимые насквозь слои 17, 21, а также внутренний слой 7, могут независимо друг от друга содержать неметаллические и/или металлические материалы. Примерами предпочтительных неметаллических материалов являются препрег из стекла, препрег из углерода или пластиковый материал. Примерами предпочтительных металлических материалов являются сталь, титан и алюминий.
Предпочтительно, чтобы для создания композитной плиты согласно изобретению разные слои были соединены посредством выполнения операции обжига (например, в автоклаве) и/или операции склеивания, например посредством сополиамидов. Как вариант или в дополнение к вышеуказанному также можно использовать известные возможные способы выполнения соединения. Операция склеивания может быть осуществлена в холодном или в горячем состоянии. Также возможна сварка в виде ультразвуковой сварки и/или точечной сварки. Кроме того, можно использовать разные способы соединения различных элементов композитной плиты. Если отдельные элементы обеспечены в качестве контактного элемента 29 и/или дренажной полосы 15, то они также могут быть подобным образом прикреплены соответственно к дренажному слою 13 или к электропроводному слою 27. Далее для этой цели также можно использовать известные сами по себе связующие или соединительные элементы.
Электропроводный слой 27 служит для защиты электромагнитных полей, соответствующих режиму работы клетки Фарадея. Чтобы выполнить это эффективно, например, для облицовки кабины, содержащей большое количество композитных плит согласно изобретению, электропроводные слои смежных композитных плит должны иметь возможность контакта друг с другом. Это может быть выполнено простым способом посредством контактного элемента 29, который находится в электрическом контакте с электропроводным слоем 27, который выступает за край композитной плиты и который может входить в электрический контакт с электропроводным слоем расположенной рядом еще одной композитной плиты. Также можно обеспечить, чтобы электрическое соединение было выполнено посредством контактного элемента 29 между электропроводным слоем 27 композитной плиты 1 и опорной конструкцией самолета, в которой используют композитную плиту.
На фиг.2 представлен схематический вид в перспективе и в разнесенном состоянии второй композитной плиты 1 согласно изобретению. Композитная плита 1 фактически соответствует плите, показанной на фиг.1. Композитная плита 1 согласно фиг.2 по существу отличается от композитной плиты согласно фиг.1 тем, что дренажная полоса 15 выполнена не в форме отдельного элемента, а соединена в одно целое с дренажным слоем 13. Дренажная полоса 15 представляет собой продолжение дренажного слоя 13 соответственно за фактическую композитную плиту 1 или внутренний слой 7. Текучая среда, которая вытекает из внутренней части камер внутреннего слоя 7, в этом примере вода, перемещается через дренажный слой 13, например, под действием силы тяжести. Когда теперь жидкость проходит к дренажной полосе 15, которая в вертикально установленном положении расположена у нижнего конца композитной плиты 1, а при установке композитной плиты 1 по горизонтали свисает с этой плиты 1, капиллярная сила, которая действует в дренажном слое, будет преодолена силой тяжести у наружного конца дренажной полосы 15 и будет образована капля, которая сможет упасть. Этому преимущественно содействует дренажная полоса 15, сужающаяся к месту у ее наружного конца.
На фиг.3 представлен увеличенный схематический вид в поперечном сечении и в разнесенном состоянии первой или второй композитной плиты 1 согласно изобретению, которые показаны соответственно на фиг.1 или на фиг.2. Как уже было описано выше, внутренний слой 7 композитной плиты 1 охвачен первым и вторым проходимыми насквозь слоями 17, 21. С их соответствующей стороны, противоположной внутреннему слою 7, расположены соответственно дренажный слой 13 и электропроводный слой 27, который в каждом случае выполнен в форме ткани.
Внутренний слой 7 включает в себя большое количество камер 9 со стенками 11. Камеры 9 проходят через внутренний слой 7 в поперечном направлении и каждая из них открыта соответственно к первому и второму проходимым насквозь слоям 17, 23. В представленном здесь варианте камеры 9 образованы стенками 11 в продольном направлении внутреннего слоя 7, которые проходят через внутренний слой 7 по прямой линии в поперечном направлении.
Однако изобретение не ограничено этим примером. Также возможны и другие конфигурации, но при этом должно быть обеспечено, чтобы внутренняя часть или жидкость, находящаяся во внутренней части камер 9, могла входить в контакт с дренажным слоем 13. Внутренний слой или внутренний слой совместно с проходимыми насквозь слоями может соответствовать известной сотовой слоистой структуре с обычной или со щелевой (одиночной/сдвоенной) сотовой внутренней частью (расширенной, слабо расширенной, сильно расширенной) с покрывными поверхностями, при этом покрывная поверхность или проходимый насквозь слой между внутренней частью (слоем) и дренажным слоем обеспечен отверстиями, через которые может проходить жидкость. Такая покрывная поверхность может, например, быть перфорирована.
Если, например, по причинам акустики желательно, чтобы был обеспечен сквозной путь прохождения потока текучей среды через композитную плиту 1, то другая покрывная поверхность или второй проходимый насквозь слой 21 также должны быть обеспечены отверстиями, которые, по меньшей мере, частично совпадают с отверстиями камер 9 внутреннего слоя 7 по направлению ко второму проходимому насквозь слою 21.
Согласно фиг.3 первый проходимый насквозь слой 17 имеет отверстия 19, через которые газ и жидкость, предпочтительно вода, могут проходить изнутри камеры 9 в дренажный слой 13, чтобы отсюда они могли быть унесены. Кроме того, второй проходимый насквозь слой 21 имеет отверстия 23, через которые газ, например воздух, может проходить в камеры 9 или может выходить из камер 9. Отверстия 23 во втором проходимом насквозь слое 21 меньше, чем отверстия в первом проходимом насквозь слое 17. Этим может быть обеспечено то, что меньшее количество жидкости будет проходить через второй проходимый насквозь слой 21, или ее вообще не будет, при этом жидкость в камерах 9 будет контролируемым образом отведена по предполагаемому пути посредством дренажного слоя 13. Следовательно, будет обеспечена возможность того, что путь 25 сквозного прохождения будет допускать проход через композитную плиту 1 газа, в частности воздуха, но не жидкости, в частности воды.
На фиг.3 показаны отверстия 19 первого проходимого насквозь слоя 17 или отверстия 23 второго проходимого насквозь слоя 21, и каждое из них имеет один и тот же размер. При этом в каждом случае промежутки между отверстиями 19, 23 неодинаковые. Однако можно заметить, что размер отверстий в пределах слоя может быть изменен. Также возможно, чтобы промежутки между отверстиями в одном или в обоих слоях были одинаковыми или равномерными.
На фиг.4 представлена схематическая вертикальная проекция третьей композитной плиты 1 согласно изобретению. Композитная плита 1 согласно фиг.4 отличается от плит, показанных на фиг.1 и 2, тем, что она не имеет ни дренажной полосы, ни контактного элемента. Композитная плита 1 включает в себя электропроводную ткань 27. На этой электропроводной ткани 27 расположен второй проходимый насквозь слой 21 с отверстиями 23 одинакового размера и с равными промежутками между ними. Поверх второго проходимого насквозь слоя 21 расположен внутренний слой 7 с сотовыми камерами 9, которые соответствующим образом отделены от смежных камер посредством стенок 11. На этом внутреннем слое 7 расположен первый проходимый насквозь слой 17 с отверстиями 19 одинакового размера, которые также расположены равномерно. Композитная плита 1 закрыта дренажной тканью 13, которая расположена поверх первого проходимого насквозь слоя 17 и которая посредством отверстий 19 находится в контакте с внутренней частью камер 9 для приема из них жидкости и ее удаления.
Изобретение не ограничено фактически сотовой конфигурацией камер внутреннего слоя, которая показана на фиг.4, поскольку фактическая конфигурация камер для этого изобретения несущественна. Для камер также могут быть обеспечены другие известные конфигурации.
На фиг.5 схематически представлена технологическая последовательность выполнения способа согласно изобретению. Первая стадия 50 способа предполагает создание дренажного слоя в первом покрывном слое композитной плиты, которая имеет первый покрывной слой и второй покрывной слой, между которыми расположен подлежащий осушению внутренний слой, при этом внутренний слой имеет большое количество камер, каждая из которых предпочтительно содержит стенку, проходящую фактически поперечно по отношению к внутреннему слою, и, по меньшей мере, одно отверстие по направлению к первому покрывному слою, причем дренажный слой соответственно, по меньшей мере, частично покрывает отверстие камеры. Дальнейшая стадия 52 способа предполагает прием жидкости из большого количества камер через дренажный слой, а третья стадия 54 предполагает удаление жидкости из дренажного слоя и композитной плиты.
Помимо возможности уноса жидкости из внутренней части композитной плиты дренажный слой дополнительно обладает свойством препятствования проникновению в композитную плиту или в камеры крупной пыли и песка через отверстия в проходимом насквозь слое, и, следовательно, он также служит в качестве фильтровального элемента.
2
Предпочтительно, чтобы стенки камер внутреннего слоя были покрыты стойким к воспламенению лаком и/или включали в себя материал, обладающий огнезащитным действием. В этом отношении примером служит лак с наночастицами оксида кремния (SiO). Также предпочтительно обеспечить в материале стенок, например в фенольной смоле, наночастицы оксида кремния, которые могли бы быть введены, в частности, уже при изготовлении внутреннего слоя.