СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРЕХСЛОЙНЫХ ПАНЕЛЕЙ ИЗ ПОЛИМЕРНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА СО СРЕДНИМ СЛОЕМ ИЗ ПЕНОПЛАСТА, АРМИРОВАННОГО РЕБРАМИ ЖЕСТКОСТИ
METHOD TO MANUFACTURE THREE-LAYER PANELS OF POLYMER COMPOSITE MATERIAL WITH MIDDLE LAYER FROM FOAM PLASTIC REINFORCED WITH STIFFENING RIBS

Изобретение относится к области судостроения, касается технологии изготовления трехслойных панелей из полимерного композиционного материала (ПКМ) со средним слоем из пенопласта, армированного трапециевидными ребрами жесткости, и может быть использовано при изготовлении палуб, переборок, выгородок, стенок рубок и надстроек судов из ПКМ.
Известен способ изготовления панелей трехслойной конструкции, когда к наружному слою обшивки приформовываются армирующие ребра жесткости, а затем с помощью распыляющего пистолета промежутки между ребрами жесткости заполняются пенопластом типа пенополиуретана (ППУ). Затвердевший ППУ механическим способом зачищают до уровня верхних кромок ребра, в результате чего получается поверхность, на которую наформовывают верхний несущий слой, (A.M.Ваганов, А.П.Калмычков, М.А.Фрид «Проектирование корпусных конструкций из стеклопластика», изд. «Судостроение», Ленинград, 1972 г., стр.84-85).
Известен также способ изготовления панелей трехслойной конструкции, когда ребра жесткости трапециевидной формы объединены в единый гофрированный элемент (ГЭ) из ПКМ, изготавливаемый отдельно, а затем с помощью заливочной машины промежутки между ребрами жесткости заполняются ППУ. Затвердевший ППУ механическим способом зачищают до уровня полок ГЭ с обеих сторон, в результате чего получается панель среднего слоя, на которую сначала наформовывают один несущий слой из ПКМ, а затем после его переворачивания - второй слой из этого же материала (Булкин В.А., Комашко А.Н., Таратонов Ю.Н. и др. Способ изготовления трехслойных панелей из полимерного композиционного материала со средним слоем из пенопласта, армированного ребрами жесткости (заявка №2006131614/11(034371) от 01.09.2006 г., БИ №7, 2008 г.) - прототип.
Недостатками указанного технического решения являются:
- необходимость изготовления оснастки для формования ГЭ и высокая трудоемкость его формования;
- необходимость использования дорогостоящего оборудования (заливочной машины, прессового оборудования и т.п.) и дополнительной оснастки для проведения заливки;
- необходимость механической обработки ППУ после полимеризации, что также увеличивает трудоемкость изготовления трехслойных панелей;
- невозможность применения жестких пенопластов типа поливинилхлоридного (ПВХ) пенопласта, которые имеют более высокие механические характеристики по сравнению с заливочными пенопластами типа ППУ при равной плотности.
Задачей предлагаемого изобретения является снижение трудоемкости изготовления трехслойных панелей, сокращение временных и материальных затрат на их изготовление, улучшение условий труда, а также повышение прочности и жесткости этих панелей.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления трехслойных панелей из полимерного композиционного материала со средним слоем из пенопласта, армированного ребрами жесткости, включающем изготовление ребер жесткости, объединенных в единый гофрированный элемент из полимерного композиционного материала, заполняемый с двух сторон пенопластом до уровня полок гофрированного элемента, и наформовку на поверхности среднего слоя, с обеих сторон, несущих слоев, по изобретению изготовление гофрированного элемента производят за один процесс, одновременно с изготовлением среднего слоя, осуществляемым путем укладки «сухого» стеклоармирующего материала, преимущественно стеклоткани, и брусков из жесткого поливинилхлоридного пенопласта заданной формы поперечного сечения в жесткую матрицу с внутренним поперечным сечением, аналогичным поперечному сечению панели среднего слоя, изготовленную в размер этой панели. После чего жесткую матрицу накрывают жестким пуансоном, механически соединяемым с ней, к которому подключают вакуумный насос и установку подачи связующего из емкости со связующим, и затем, создавая вакуум в рабочей полости жесткой матрицы, подают в нее связующее для пропитки им панели среднего слоя. Причем протекание связующего через стеклоармирующий материал упомянутой панели и его распределение по ее поверхности для качественной пропитки указанного материала связующим обеспечивают путем заполнения последним продольных каналов, предусмотренных в основании жестких поливинилхлоридных пенопластовых брусков. После чего производят выдержку панели среднего слоя в жесткой матрице под вакуумом для предварительной полимеризации связующего, и после окончания процесса полимеризации отключают вакуумный насос и снимают жесткий пуансон с жесткой матрицы, а выемку панели среднего слоя из жесткой матрицы осуществляют после достижения ею температуры окружающей среды
2
Кроме того, при необходимости увеличения скорости пропитки, перед укладкой «сухого» стеклоармирующего материала и брусков из жесткого поливинилхлоридного пенопласта, на поверхность жесткой матрицы укладывают дренажный слой из одного слоя стекломата поверхностной плотностью не более 250 г/м, а перед накрытием жесткой матрицы жестким пуансоном на поверхность панели среднего слоя также укладывают аналогичный дренажный слой.
Изготовление гофрированного элемента за один процесс, одновременно с изготовлением среднего слоя, осуществляемым путем укладки «сухого» стеклоармирующего материала, преимущественно стеклоткани, и брусков из жесткого поливинилхлоридного пенопласта заданной формы поперечного сечения в жесткую матрицу с внутренним поперечным сечением, аналогичным поперечному сечению панели среднего слоя, которую изготавливают в размер этой панели, позволяет уменьшить трудоемкость изготовления панелей среднего слоя и улучшить условия труда.
Пропитка связующим стеклоармирующего материала панели среднего слоя под вакуумом позволяет осуществить прочное и надежное соединение брусков жесткого поливинилхлоридного пенопласта и гофрированного элемента в единую конструкцию и обеспечить высокое качество изготовления панели среднего слоя - без пустот, расслоений и т.п.
Протяжка связующего через материал панели среднего слоя осуществляется за счет создания вакуума не ниже 0,6-0,9 кПа. Применяемое связующее должно иметь время гелеобразования 20-30 минут и низкую динамическую вязкость не более 300 мПа.
Сущность предлагаемого изобретения - способа поясняется: на фиг.1 показан вид сверху на жесткую матрицу с панелью среднего слоя (без жесткого пуансона), на фиг.2 - сечение жесткой матрицы с панелью среднего слоя (сечение А-А на фиг.1), накрытой жестким пуансоном, на фиг.3 - поперечное сечение панели среднего слоя с дренажными слоями из стекломата, расположенными между изготавливаемой панелью, жесткими матрицей и пуансоном; на фиг.4 показано поперечное сечение трехслойной панели, состоящей из панели среднего слоя и наружных несущих слоев.
Процесс изготовления трехслойной панели по предлагаемому способу заключается в следующем.
Предварительно изготавливают панель среднего слоя следующим образом (фиг.1, 2, 3, 4):
- из плиточного пенопласта типа ПВХ нарезают бруски 1 заданной формы поперечного сечения с продольным проводящим связующее каналом 2 в основании бруска;
- в жесткой матрице 3 собирают пакет из стеклоармирующего материала, преимущественно из стеклоткани 4, и пенопластовых брусков 1, формирующие панель среднего слоя 5. Излишки стеклоармирующего материала подрезают по габариту рабочей полости матрицы 3;
- жесткую матрицу 3 накрывают жестким пуансоном 6 (фиг.2, 3);
- фиксируют пуансон 6 на жесткой матрице 3 с помощью механического соединения 7 (фиг.2);
- к пуансону 6 подсоединяют вакуумный насос 8;
- включают вакуумный насос 8 и отбирают вакуум из рабочей полости 9 панели 5;
- подсоединяют к жесткому пуансону 6 установку подачи связующего 10 с емкостью со связующим 11;
- включают установку подачи связующего 10 в материал панели 5 и при достижении его заданного количества установку 10 отключают;
- жесткую матрицу 3 с панелью среднего слоя 5 оставляют под вакуумом, контролируя температуру поверхности жесткого пуансона 6, и после прохождения максимума температуры реакции отверждения отключают вакуумный насос 8, снимают пуансон 6 с жесткой матрицы 3, оставляя панель среднего слоя 5 в жесткой матрице 3;
- после достижения температуры готовой панели среднего слоя 5 уровня температуры в помещении, извлекают панель среднего слоя 5 из жесткой матрицы 3 и укладывают на плоскую поверхность;
- выдерживают панель среднего слоя 5 при комнатной температуре в течение порядка 24 часов.
После изготовления панели среднего слоя изготовление трехслойной панели производят так:
- готовую панель среднего слоя 5 с обеих сторон зашкуривают и обезжиривают;
- на эту панель 5 наформовывают один несущий слой 12 из ПКМ, а после ее переворачивания - другой несущий слой 12 из этого же материала (фиг.4).
2
При необходимости увеличения скорости пропитки связующим, перед укладкой «сухого» стеклоармирующего материала и брусков из жесткого поливинилхлоридного пенопласта на рабочую поверхность жесткой матрицы 3 укладывают нижний дренажный слой 13 из одного слоя стекломата поверхностной плотностью не более 250 г/м. После укладки в жесткую матрицу 3 пакета из стеклоармирующего материала 4 и пенопластовых брусков 1 на поверхность пакета укладывают верхний дренажный слой 13 из одного слоя того же стекломата и накрывают жестким пуансоном 6 (фиг.3).
Предлагаемый способ изготовления трехслойных панелей из полимерного композиционного материала со средним слоем из пенопласта, армированного ребрами жесткости, позволяет снизить трудоемкость изготовления таких панелей, сократить временные и материальные затраты на их изготовление, улучшить условия труда и повысить прочность и жесткость трехслойных панелей, что его выгодно отличает от прототипа.