Способ изготовления проводящего слоя молниезащитного покрытия
METHOD FOR MANUFACTURING A CONDUCTIVE LAYER OF A LIGHTNING PROTECTION COATING

Изобретение относится к области самолетостроения и ветроэнергетики, в частности к молниезащитным покрытиям элементов конструкций из полимерных композиционных материалов, и предназначено для пайки токоотводящего слоя упомянутых покрытий.
2
Из уровня техники известен способ пайки петель вязаной сетки из медной проволоки, которая представляет собой проводящий слой молниезащитного покрытия. Он включает пайку мест соприкосновения проволоки путем последовательного прессования с образованием в точках соприкосновения петель соседних рядов сетки неподвижных соединений (контактов) между проволоками. Последовательное прессование сетки осуществляют при температуре на 40-60°С выше температуры плавления припоя путем приложения давления от 10 до 20 кПа к области сетки от 200 до 250 см одновременно ко всем петлям через поверхность инструмента, который контактирует с сеткой, имеющей слой оловянно-свинцового припоя толщиной не более 0,5 мм (патент UA № 50188U, МПК B21F 15/00, B64D 45/00, 25.05.2010).
Недостатком данного способа является низкая производительность за счет дискретности шагового прессования и ограничения размера площади одновременного прессования вязаной сетки, что сказывается на качестве пайки.
Наиболее близким к заявленному изобретению по назначению и сходным признакам является известный из уровня техники способ изготовления проводящего слоя молниезащитного покрытия, включающий изготовление трикотажного сетчатого полотна из медной проволоки, покрытой припоем, с последующей пайкой участков соприкосновения соседних проволочных петель под приложенным давлением. Трикотажное сетчатое полотно, которое изготовлено, по меньшей мере, из одной проволоки, покрытой припоем, подвергают прокатке в валках с относительным обжатием 40-80%, затем на полотно наносят флюс, на области соприкосновения прилегающих проволочных петель полотна. Полотно паяют путем термической обработки в печи при температуре, на 30°С превышающей температуру плавления припоя на воздухе (патент UA № 95424, МПК B21F 15/00, В23К 1/00, B64D 45/00, 25.07.2011).
К недостаткам данного способа относится его дискретность, обусловленная прерывистостью операций обработки флюсом, вальцевания и пайки, что существенно снижает производительность изготовления продукта; кроме того, в результате возможного передавливания и разрушения отдельных проволок при вальцевании в дальнейшем может проявиться неполнота пайки мест соприкосновения прилегающих проволочных петель, что снижает электропроводность защитного слоя и, собственно, стойкость от удара молний; при термической обработке сеточного полотна в печи невозможно удаление излишнего припоя из мест пайки.
Задачей заявленного изобретения является осуществление непрерывного способа пайки молниезащитной вязаной сетки, обуславливающего его упрощение и повышение производительности процесса.
Техническим результатом при осуществлении изобретения является увеличение электропроводности молниезащитного покрытия за счет улучшения качества пайки мест соприкосновения соседних проволочных петель сеточного полотна при одновременном снижении излишней массы припоя.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления проводящего слоя молниезащитного покрытия, характеризующемся вязанием трикотажного сетчатого полотна из тонкой медной проволоки, покрытой припоем, нанесением на полотно флюса для пайки меди и дальнейшей пайкой участков соприкосновения прилегающих проволочных петель с получением вязано-паяного полотна, согласно изобретению, нанесение на трикотажное сетчатое полотно флюса и дальнейшая пайка участков соприкосновения прилегающих проволочных петель осуществляют в непрерывном режиме, при этом трикотажное сетчатое полотно подают в ванну с жидким флюсом, затем под натяжением погружают в ванну с расплавом припоя, температура которого на 30-80°С превышает температуру плавления припоя, и выводят из упомянутой ванны под углом 97-105° к зеркалу припоя со скоростью 0,5-1,2 м/мин. причем среднее удельное поверхностное круговое электросопротивление вязано-паяного полотна составляет 1,6-1,9 мОм.
2
Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что трикотажное сетчатое полотно выполнено переплетением ластик 1+1; тонкая медная проволока имеет диаметр 0,07-0,15 мм; петельная ячейка трикотажного сетчатого полотна имеют величину 3,0-7,0 мм.
Заявленный способ изготовления проводящего слоя молниезащитного покрытия осуществляют следующим образом.
2
Из промышленно выпускаемой тонкой медной проволоки, покрытой оловянно-свинцовым припоем, и диаметр которой равен 0,07-0,15 мм, на плосковязальной трикотажной машине изготавливают трикотажное сетчатое полотно переплетением ластик 1+1. Величина петельной ячейки полотна составляет 3,0-7,0 мм.
По принципу работы производственного оборудования «с рулона на рулон» трикотажное сетчатое полотно непрерывно погружают под натяжением с подающего барабана в ванну с жидким флюсом, затем погружают в ванну с расплавленным припоем, где температура расплава на 30-80°С превышает температуру плавления припоя. Расплав припоя в ванне поступает в зазоры между соприкасающимися проволочными петлями движущегося трикотажного полотна. Расплавленный припой заполняет упомянутые зазоры, а излишки припоя, выливаясь из ячеек полотна при выходе из ванны с припоем, стекают под действием силы тяжести в ванну с расплавленным припоем. Это стало возможно благодаря выводу пропаянного трикотажного полотна из упомянутой ванны под углом 97-105° к зеркалу припоя. По мере выхода полотна из ванны с припоем происходит кристаллизация и затвердевание припоя и, соответственно, спайка участков соприкосновения прилегающих проволочных петель с получением вязано-паяного полотна. Готовое вязано-паяное полотно выводят со скоростью 0,5-1,2 м/мин. Скорость намотки на приемный барабан менее 0,5 м/мин не обеспечивает достаточной производительности, а превышение скорости намотки свыше 1,2 м/мин приводит к дефектам покрытия сеточного полотна припоем, что связано с нарушением режима кристаллизации припоя.
Превышение температуры расплава припоя на 30-80°С температуры плавления жидкого оловянно-свинцового обусловлено требованием жидкотекучести и смачиваемости припоем проволоки, которые тесно связаны с достижением высокого качества покрытия проволоки сетки
Изобретение иллюстрируется приведенным ниже примерами.
2
Пример 1. Из одиночной промышленно выпускаемой медной луженой проволоки марки ММЛ диаметром 0,08 мм, покрытой оловянно-свинцовым припоем ПОС-61, на плосковязальной трикотажной машине вяжут сетчатое полотно переплетением ластик 1+1 с поверхностной плотностью 72 г/м со следующими характеристиками: плотность петельных ячеек на длине 100 мм по вертикали - 54; по горизонтали - 32.
Пример 2. Трикотажное сетчатое полотно, изготовленное по примеру 1, очищают от технологической смазки, в непрерывном режиме погружают под натяжением с подающего барабана в ванну с жидким флюсом, затем погружают в ванну с расплавленным оловянно-свинцовым припоем ПОС-40 или ПОС-61, температура которого на 30-80°С превышает температуру плавления припоя.
Вывод сетчатого полотна из ванны с расплавленным припоем осуществляют под углом 105° к зеркалу припоя. Непрерывное перемещение сетчатого полотна с нанесенным припоем осуществляют под натяжением на приемный барабан со скоростью движения сетчатого полотна 1 м/мин. Такой режим пайки позволяет достичь высокого качества для сетчатого проводящего слоя молниезащитного покрытия, характеризующегося значением среднего удельного кругового поверхностного электросопротивления 1,6-1,9 мОм. Среднее удельное круговое поверхностное электросопротивление готовой вязано-паяной сетки определяют 4-зондовым методом на специальном приспособлении, в котором на диэлектрическом основании из текстолитового диска расположены токоподводы токовых и потенциальных электродов в виде трех концентрических проводящих (медных) колец вокруг осевого токового электрода в виде медного стержня.
Текстолитовый диск приспособления укладывают на сетчатое полотно (без разрушения полотна) с обеспечением плотного контакта электродов с вязано-паяным полотном. Токоотводы от токовых и потенциальных электродов в приспособлении выведены на цифровой прибор- миллиомметр марки SEW 4338 mO, заводской номер № 1922505. Класс точности прибора в режиме измерения сопротивления составляет 0,1.
Для сравнения с известным способом часть образцов трикотажного сетчатого полотна подвергали пайке с использованием обжатия при вальцевании и термообработке в печах.
Таблица. Условия пайки образцов вязаного трикотажного полотна и свойства вязано-паяной сетки
В таблице представлены результаты измерения поверхностной плотности и среднего удельного кругового поверхностного электросопротивления при получении вязано-паяных полотен по предлагаемому способу, а также результаты, полученные при измерении тех же характеристик в образцах вязано-паяного полотна по наиболее близкому известному способу по патенту UA № 95424. В качестве изменяемых технологических параметров приняты: температура расплавленного припоя в ванне для двух оловянно-свинцовых припоев ПОС-61 и ПОС-40 по предлагаемому способу и параметры известного способа: степень обжатия при обработке в вальцах и температура термообработки в печи.
С учетом полученных данных лучшие характеристики вязано-паяных сеток были получены для образцов №№ 3,4,5, что подтверждает целесообразность применения для пайки припоя ПОС-61, а не припоя ПОС-40, имеющего из-за большего количества в припойном сплаве свинца большую массу образцов и большее удельное электросопротивление. Кроме того, для сплава ПОС-40 более острыми, чем для сплава ПОС-61, являются вопросы экологии из-за большей токсичности сплава ПОС-40 с большим содержанием свинца.
Как видно из таблицы, повышение температуры расплавленного припоя от 190°С для припоя ПОС-61 снижает поверхностную плотность вязано-паяного полотна за счет повышения жидкотекучести припоя и более полного удаления излишков припоя. Что касается удельной круговой поверхностной электропроводности, то предлагаемый способ позволяет получить приемлемые ее значения за счет более качественной пайки участков соприкосновения петель в вязано-паяном слое молниезащитного покрытия.
Анализ приведенных в таблице данных измерений позволяет сделать следующие выводы.
1. Наилучшими показателями обладают образцы качественных вязано-паяных сеток, полученных по предлагаемому способу непрерывной пайки.
2. Применение оловянно-свинцового припоя ПОС-40 с перегревом температуры расплава на ту же величину 30-80°С, что и припоя ПОС-61, позволяет достичь высокого качества пайки, хоть и не является целесообразным для проводящего слоя молниезащитного покрытия из-за высокого электросопротивления вязано-паяного сетчатого полотна.
3. Сравнение характеристик образцов №№ 1-5 с образцами №№ 11-14, которые получали по известному способу (патент UA 95424) с использованием вальцевания и обработки в печах, показывает существенно более высокие свойства образцов, полученных пайкой по предложенному способу. Так, использование предлагаемого способа позволит увеличить электропроводность молниезащитного покрытия за счет улучшения качества пропайки мест соприкосновения соседних проволочных петель сеточного полотна при одновременном снижении излишней массы припоя, а также упростить технологию и увеличить производительность получения молниезащитного покрытия.
Способ может быть использован в самолетостроении, в производстве ветролопастей и лопастей вертолетов, где использование полимерных композитов существенно расширяется, а вопрос уязвимости от прямых ударов молнии стоит очень остро.