КОНСТРУКЦИОННАЯ ПАНЕЛЬ

Настоящая полезная модель относится к области конструкционных материалов, применяемых при производстве и изготовлении летательных аппаратов, средств перемещения по воде, специальных объектов и сооружений, в том числе к специальным заготовкам различного размера, конфигурации и массы. Такие заготовки необходимы при создании изделий, сочетающих минимальную массу с требуемыми габаритами и устойчивостью к различным воздействующим факторам.
Известны трехслойные панели на основе графитных композиционных обшивок, армированные по длине плоскими перегородками из графитного композита (Композитные материалы в конструкции летательных аппаратов, г.Москва, Машиностроение, 1975 г., стр.56). Подобные конструкции обладают высокой прочностью и небольшим весом, но являются дорогостоящими, трудоемкими и сложными в изготовлении. Их производство основано на применении дефицитных компонентов. Известны трехслойные панели с заполнением из полиуретановых жестких заливочных пенопластов, получаемых на месте применения вспениванием жидких компонентов (Авиационные материалы, том 7, часть 2, Термопластичные материалы и пенопласты, г.Москва, 1977 г., стр.192). Они не обладают удовлетворительными физико-механическими свойствами и достаточной опорной способностью. Таким образом, пенопласты не выполняют роли усиливающего конструкционного слоя. Известны трехслойные панели с сотовыми клееными заполнителями ПСП-1 из полимерной бумаги (ОСТ 100851-77). Заполнитель в виде шестигранных ячеек не выдерживает усилий на сжатие, сдвиг и кручение. Это приводит к общей потере панелью своих свойств и, как следствие, к ее разрушению. Известна трехслойная панель с сотовым клееным заполнителем из фольги с шестигранной формой ячейки (ОСТ 100728-75). Однако, при сжатии, сдвиге и кручении и этот заполнитель не предохраняет панель от местной и общей потери устойчивости. Попытка повысить прочность трехслойной панели предпринята в полезной модели по патенту РФ №80874, принятой за прототип. В панели прототипа, состоящей из верхней и нижней обшивок и расположенного между ними сотового клееного заполнителя, прочность повышают путем введения дополнительного вспенивающегося заполнителя на основе пенопласта ПУ-101. Очевидны недостатки подобной конструкции и трудности, связанные с ее реализацией, а именно:
- Материал ПУ-101 не обладает необходимыми прочностными свойствами. Его вспенивание внутри объема с легкодеформируемыми ячейками неизбежно происходит неравномерно.
- Заполнение носит неравномерный характер. Поэтому после отверждения ПУ-101 создаются нежелательные локальные участки напряжения и давления с возможной деформацией как сотового заполнителя, так верхней и нижней панелей.
- Рассчитать необходимое и достаточное количество ПУ-101 сложно, так как вспенивание связано с целым рядом случайных факторов, в первую очередь температурой окружающей среды, влажностью воздуха, чистотой и исходной влажностью компонентов, а также ошибками при дозировке составляющих продуктов.
- В описании прототипа нет указаний, каким образом производится формирование трехслойной панели и какой последовательностью операций оно обеспечивается. Это дает основание для сомнений в целесообразности совмещения мелкоячеистого заполнителя с трудноуправляемым пеноматериалом. Не понятно, как ПУ-101 заливают внутрь объема между верхней и нижней панелями и перегородками. Можно предположить, что вначале происходит заливка ПУ-101, а уже затем монтаж верхней панели, однако, в этом случае над ординаром верхнего габарита панели неизбежно образуется избыток пеноматериала, ликвидация которого после отверждения связана с образованием множественных пустот непосредственно под верхней панелью.
Не ясно, каким образом обеспечена монолитность всей конструкционной панели, поскольку отсутствуют указания на наличие каких либо клеевых и адгезионных слоев и материалов при формировании панели, и в ее устройстве, (фиг.1 прототипа). Таким образом, удовлетворительного решения проблема увеличения прочности панели описанной конструкции на сжатие, сдвиг и кручение в трехслойной панели прототипа не найдено.
Технической задачей настоящей полезной модели является обеспечение монолитности панели и прочностных характеристик, повышение устойчивости к механическим и тепловым воздействием, а также достижение технологичности изготовления и стабильности свойств при эксплуатации.
Техническая задача решается тем, что между верхней и нижней обшивками панели установлены однотавровые и двутавровые перегородки с перфорацией. Частота их взаимного расположения и профиль перегородок определяется требованиями к панели. Основная задача перегородок - обеспечение прочности при сжатии. Перфорация перегородок с целью обеспечения монолитности конструкции и относительно равномерного распределения композиционного заполняющего материала по отдельным секторам, разделенным перегородками. Предварительно на внутренние поверхности обшивки и перегородок наносят адгезионный слой.
3
При формировании вспенивающего заполнителя в него добавляют твердые облегченные полые сферы на основе стекла, неорганических оксидов, керамики, фарфора. Насыпная плотность сфер 0,2-0,4 г/см. Благодаря этому возрастает твердость заполнителя, устойчивость к сжимающим и изгибающим нагрузкам на панель, монолитность всей конструкции, устойчивость к воздействии химических реагентов.
Заявляемая конструкционная панель поясняется из фиг.1 - фиг.2.
Фиг.1 Конструкционная панель: вид сбоку
1 - верхняя обшивка панели;
2 - нижняя обшивка панели;
3 - перегородка двутавровая или однотавровая;
4 - полимерный вспененный заполнитель, наполненный сферами;
Фиг.2 Фрагмент конструкционной панели: вид сбоку
1 - верхняя обшивка панели;
2 - нижняя обшивка панели;
3 - перегородка двутавровая или однотавровая;
4 - полимерный вспененный заполнитель, наполненный сферами;
5 - перфорационное отверстие;
6 - адгезионный слой;
7 - частицы наполнителя.
Введение адгезионного слоя обеспечивает крепление вспененного наполненного заполнителя к внутренним поверхностям верхней и нижней панелей и внутренних перегородок. Введение однотавровых и двутавровых перегородок обеспечивает устойчивость панели к дополнительным нагрузкам. Введение полых микросфер в состав вспененного заполнителя обеспечивает дополнительную прочность на сжатие и изгиб, а также позволяет повысить как температурную, так и химическую и тепловую устойчивость заполнителя.
Примеры конкретного выполнения панели:
Пример 1
3
Верхняя обшивка 1 и нижняя обшивка 2, а также вертикально расположенные перегородки 3 выполнены из алюминиевого сплава. Поверхность конструкционных обшивок и перегородки заранее покрыты слоем адгезива на основе бутилкаучука. Внутри объем панели заполнен пенополиуретаном 4 плотностью 0,2-0,3 кг/дм. Приблизительно половина объема полиуретана состоит из частиц 7 облегченных стеклянных полых сфер. Длина панели 3000 мм; ширина панели 300 мм, толщина панели 40 мм.
Пример 2
3
Верхняя обшивка 1 и нижняя обшивка 2, а также вертикально расположенные перегородки 3 выполнены из стеклопластика на основе эпоксидных смол. Перегородки имеют чередующийся наклон по углом 30° к верхним и нижним плоскостям. Поверхность конструкционных обшивок и перегородки заранее покрыты слоем адгезива на основе латекса ППУ. Внутри объем панели заполнен пенополиуретаном 4 плотностью 0,25-0,35 кг/дм. Приблизительно 2/3 объема полиуретана состоит из частиц 7 облегченных стеклянных полых сфер. Длина панели 2500 мм; ширина панели 500 мм, толщина панели 30 мм.
Пример 3
3
Верхняя обшивка 1 и нижняя обшивка 2, а также вертикально расположенные перегородки 3 выполнены из стеклопластика на основе полиэфирных смол с добавлением арамидного волокна. Часть перегородок имеет переменное сечение, равномерно уменьшающееся от верхней к нижней обшивке. Поверхность конструкционных обшивок и перегородки заранее покрыты слоем адгезива на основе бутилкаучука. Внутри объем панели заполнен пенополиуретаном 4 плотностью 0,2-0,3 кг/дм. Приблизительно половина объема полиуретана состоит из частиц 7 облегченных фарфоровых полых сфер. Длина панели 4000 мм; ширина панели 600 мм, толщина панели 80 мм.
Пример 4
3
Верхняя обшивка 1 и нижняя обшивка 2, а также вертикально расположенные перегородки 3 выполнены из стеклопластика на основе полиэфирных смол с добавлением углеволокна, являются однотавровыми и равномерно расширяются к низу. Часть перегородок имеет переменное сечение, равномерно уменьшающееся от нижней к верхней обшивке. Поверхность конструкционных обшивок и перегородки заранее покрыты слоем адгезива на основе бутилкаучука. Внутри объем панели заполнен пенополиуретаном 4 плотностью 0,3-0,4 кг/дм. Приблизительно 40% объема полиуретана состоит из частиц 7 облегченных полых сфер на основе фарфоровой керамики. Длина панели 5500 мм; ширина панели 500 мм, толщина панели 60 мм.
Введение перфорационных отверстий в перегородках обеспечивает равномерность распределения заполнителя по различным секторам панели, разделенной перегородками, а также монолитность всей структуры. Таким образом, техническую задачу настоящей полезной модели, заключающуюся в обеспечении прочностных характеристик и монолитности панели, повышении ее устойчивости к механическим и тепловым воздействием, а также достижении технологичности при изготовлении и стабильности свойств при эксплуатации следует считать решенной.
Опытные варианты конструкционной панели были сконструированы изготовлены и испытаны в ЗАО «Комплексный технический сервис». Результаты указывают на целесообразность применения заявленной конструкционной панели в конструировании и использовании движущихся моделей и изделий специального применения.
Заявитель просит рассмотреть материалы данной заявки на предмет выдачи патента РФ на полезную модель.