Способ изготовления термостойкой сотовой трехслойной конструкции
METHOD FOR MANUFACTURING HEAT-RESISTANT HONEYCOMB THREE-LAYER STRUCTURE

Изобретение относится к области изготовления композиционных материалов, а именно к трехслойным сотовым конструкциям, применяемым в авиакосмической промышленности для изготовления различных узлов самолетов и летательных аппаратов.
Развитие отечественной промышленности требует постоянного совершенствования разрабатываемых конструкций и технологии их изготовления. Одним из направлений этого процесса является снижение температуры и сокращение времени изготовления трехслойных сотовых конструкций.
Известны трехслойные сотовые конструкции, широко применяемые в авиастроении, изготовленные из арамидных или стеклопластиковых сотовых заполнителей и стекло-, углепластиковых листовых материалов (обшивок), приклеенных к торцовым поверхностям сотовых заполнителей (Технология изготовления сотовых авиационных конструкций», Берсудский В.Е., Крысин В.Н., Лесных С.И. М.: Машиностроение, 1975, 282 с.). Такие конструкции изготавливают при температуре, не превышающей 170 °С на основе фенолоформальдегидных или эпоксифенольных смол, работоспособных при температуре не выше 160°С.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является термостойкая сотовая трехслойная конструкция, работоспособная при температуре 300 °С (Высокотеплостойкие радиопрозрачные сотовые конструкции на основе полиимидных связующих», В.В.Павлов, О.К.Белый, В.Л.Косарев, З.Н.Колобова и Л.А.Дементьева. Авиационная промышленность №8, 1971 г., с.5-8), изготовленная из сотового заполнителя, пропитанного полиимидным связующим, и обшивок, изготовленных из кварцевой стеклоткани ТС-8/3-250, пропитанной полиимидным связующим и склеенных с сотовым заполнителем также полиимидным связующим.
В указанном способе сотовый заполнитель изготавливается путем пропитки полиимидным связующим специальной многослойной стеклоткани ОССТ-10, полученной методом ткачества, и растянутой до образования правильных шестигранных ячеек размером 4,5мм. Для этого отрезок многослойной стеклоткани марки ОССТ-10 размещали в специальную растяжную рамку, крепили крайние слои стеклоткани и проводили ее растяжение до образования ячеек требуемой геометрии. Полученный таким образом сотовый блок, зафиксированный в растяжной рамке, помещали в ванну со связующим, где проводили его двукратную пропитку связующим и сушку на воздухе в течение около 50 час. Затем сотовый блок вместе с растяжной рамкой помещали в термостат и термообрабатывали по ступенчатому режиму при температуре 120 °С, 150 °С, 200 °С, 220 °С и 250 °С с выдержкой в течение 60, 60, 120, 120 и 120 мин соответственно. Из полученного сотоблока алмазным диском вырезали панели требуемой высоты для изготовления трехслойных панелей.
Изготовление обшивок состояло в укладке четырех слоев кварцевой стеклоткани марки ТС-8/3-250, пропитке их полиимидным связующим и подсушивании при температуре 90 °С в течение 75 мин.
Термостойкую сотовую трехслойную конструкцию изготавливали методом прессования. Для этого на фторопластовую подложку укладывали обшивку с нанесенным на ее наружную поверхность слоем полиимидного связующего с добавлением мелкодисперсного порошка в качестве загустителя, обеспечивающего необходимую вязкость. Затем на обшивку укладывали сотовый заполнитель. Другую поверхность сотового заполнителя соединяли с обшивкой аналогично.
Проводили предварительную выдержку трехслойной конструкции при температуре 315 °С и удельном давлении 0,08 МПа в течение 55 мин и охлаждение ее до температуры 50-60 °С, а затем прессование по ступенчатому режиму при температуре 150 °С, 175 °С, 200 °С, 225 °С, 250 °С, 300 °С, 350 °С, и 375 °С с выдержкой в течение 60, 120, 120, 120, 120, 120, 120 и 240 мин соответственно, при удельном давлении 0,08 МПа.
В качестве недостатков изложенного способа следует указать высокую   температуру изготовления как сотового заполнителя (250 °С), так и трехслойной конструкции (375 °С), длительность режима их изготовления (воздушная сушка пропитанного сотоблока в течение около 50 час и термообработка его в течение 8 час, а также 17 час при прессовании трехслойной конструкции с предварительной термообработкой при температуре 315 °С в течении около 1 час).
Задачей изобретения является снижение температуры изготовления как сотового заполнителя, так и трехслойной конструкции, также сокращение времени их изготовления при сохранении температуры эксплуатации 300°С.
Решение поставленной задачи достигается тем, что при изготовлении термостойкой сотовой трехслойной конструкции, работоспособной при температуре 300 °С, включающим изготовление сотового заполнителя и обшивок из стеклоткани, пропитку их связующим,  термообработку сотового заполнителя по ступенчатому режиму, соединение обшивок с торцовыми  поверхностями сотового заполнителя полиимидным связующим, включающим наполнитель, посредством прессования при нагревании по ступенчатому режиму, отличающийся тем, что сотовый заполнитель изготавливают из электроизоляционной стеклоткани Э1-100, пропитывают его полиимидным связующим СП-97К, проводят термообработку по ступенчатому режиму при температурах (55-65) °С, (95-105) °С, (145-155) °С и (160-180) °С со скоростью подъема температуры 5 °С/мин и выдержкой в течение 30, 30, 30 и (45-75) мин, обшивки изготавливают из четырех слоев стеклоткани Т-10, пропитывают полиимидным связующим СП-97К с последующей подсушкой на воздухе в течение 24 часов и  соединяют их с торцовыми поверхностями сотового заполнителя полиимидным связующим СП-97К с добавлением в качестве наполнителя  микрошлифовального порошка электрокорунда 25 AF1200 в количестве (45-55)% от массы указанного связующего и прессуют по ступенчатому режиму при температурах (55-65) °С, (95-105) °С, (145-155) °С и (160-180) °С со скоростью подъема температуры 5 °С/мин при удельном давлении 0,08 МПа и выдержкой в течение 30, 30, 30, и (45-75) мин соответственно.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется примерами:
Пример 1. Изготавливали термостойкую сотовую трехслойную конструкцию. Сотовый заполнитель получали путем растяжения листов стеклоткани марки Э1-100, ГОСТ 19907-2015, соединенных клеем ВС-10Т, ОСТ 22345-77 по клеевым полосам, закрепленных в растяжной рамке, до размера граней ячеек 4,2 мм. Сотовый блок, зафиксированный в растяжной рамке, помещали в ванну с полиимидным связующим марки СП-97К,  ТУ 1 595-10-1087-2009 с вязкостью 10 с по вискозиметру ВЗ-246 (диаметр сопла 6мм) и проводили его двукратную пропитку в течение 10 мин. После первой пропитки проводили промежуточную сушку сотоблока на воздухе в течение двух часов и термообработку при температуре 60 °С в течение 30 минут. После второй пропитки сотовый блок сушили на воздухе в течение 2 часов, помещали в термостат и отверждали по ступенчатому режиму нагревания при  температурах  60 °С, 100 °С, 150 °С и 170 °С с выдержкой в течение 30, 30, 30 и 60 мин соответственно, со скоростью подъема температуры 5 °С/мин. Вырезали из полученного сотового блока сотовые панели требуемой высоты c помощью горизонтального ленточнопильного станка, которые затем использовали при изготовлении трехслойных конструкций.
Обшивки изготавливали из сложенных вместе 4 слоев стеклоткани   Т-10, ГОСТ 19170-2001, пропитывают полиимидным связующим СП-97К, предварительно подсушивают на воздухе в течение 24 час и  соединяют их с торцовыми поверхностями сотового заполнителя полиимидным связующим СП-97К с добавлением в качестве наполнителя  микрошлифовального порошка электрокорунда 25 AF1200 в количестве (45-55)% от массы указанного связующего и прессуют по ступенчатому режиму при температурах (55-65)°С, (95-105)°С, (145-155)°С и (160-180)°С со скоростью подъема температуры 5 °С/мин при удельном давлении 0,08 МПа и выдержкой в течение 30, 30, 30, и (45-75) мин соответственно.
Для изготовления термостойкой сотовой трехслойной конструкции на обшивку укладывали слой полиимидного связующего СП-97К с добавлением микрошлифовального  порошка электрокорунда  25 AF1200, ГОСТ 28818-90 в количестве 50% от массы связующего  в качестве загустителя и слой сотового заполнителя. Другую поверхность сотового заполнителя соединяли с обшивкой аналогично.
Затем проводили прессование трехслойной конструкции при удельном давлении 0,08 МПа по ступенчатому режиму нагревания при температурах 60 °С, 100 °С, 150 °С и 170 °С с выдержкой в течение 30, 30, 30 и 60 мин соответственно и скоростью подъема температуры 5 °С/мин.
Из полученных трехслойных сотовых панелей вырезали образцы и проводили испытания на определение:
– прочности при сжатии при комнатной температуре и при температуре  300 °С по ОСТ 1 90150-74;
– прочности при сжатии при комнатной температуре и при температуре  300 °С по ОСТ 1 90150-74 после выдержки образцов при температуре 300 °С в течение 500 час;
– прочности при отрыве обшивок по ОСТ 1 90147-74 при комнатной температуре, а также после выдержки при температуре 300 °С в течение 500 час.
Пример 2. Термостойкую сотовую трехслойную конструкцию изготавливали аналогично примеру 1 с той лишь разницей, что температура прессования трехслойной конструкции составляла 55 °С, 95 °С, 145 °С и 160 °С.  Испытания полученных образцов трехслойной термостойкой сотовой конструкции проводили на определение прочности при отрыве обшивок при комнатной температуре аналогично примеру 1.
Пример 3. Термостойкую сотовую трехслойную конструкцию изготавливали аналогично примеру 1 с той лишь разницей, что температура прессования трехслойной конструкции составляла 65 °С, 105 °С, 155 °С и 180 °С. Испытания полученных образцов трехслойной термостойкой сотовой конструкции проводили аналогично примеру 2.
Пример 4. Термостойкую сотовую трехслойную конструкцию изготавливали аналогично примеру 1 с той лишь разницей, что время прессования трехслойной сотовой конструкции на последней стадии составляло 45 мин. Испытания полученных образцов трехслойной термостойкой сотовой конструкции проводили аналогично примеру 2.
Пример 5. Термостойкую сотовую трехслойную конструкцию изготавливали аналогично примеру 1 с той лишь разницей, что время прессования трехслойной конструкции на последней стадии составляло 75 мин. Испытания полученных образцов трехслойной термостойкой сотовой конструкции проводили аналогично примеру 2.
Пример 6. Термостойкую сотовую трехслойную конструкцию изготавливали аналогично примеру 1 с той лишь разницей, что при изготовлении сотового заполнителя температура отверждения пропитанных сотовых блоков составляла 55 °С, 95 °С, 145 °С и 160 °С. Испытания полученных образцов трехслойной термостойкой сотовой конструкции проводили аналогично примеру 2.
Пример 7. Термостойкую сотовую трехслойную конструкцию изготавливали аналогично примеру 1 с той лишь разницей, что при изготовлении сотового заполнителя температура отверждения пропитанных сотовых блоков составляла 65 °С, 105 °С, 155 °С и 180 °С. Испытания полученных образцов трехслойной термостойкой сотовой конструкции проводили аналогично примеру 2.
Пример 8. Термостойкую сотовую трехслойную конструкцию изготавливали аналогично примеру 1 с той лишь разницей, что при изготовлении сотового заполнителя время отверждения пропитанных сотовых блоков на последней стадии составляло 45 мин. Испытания полученных образцов трехслойной термостойкой сотовой конструкции проводили аналогично примеру 2.
Пример 9. Термостойкую сотовую трехслойную конструкцию изготавливали аналогично примеру 1 с той лишь разницей, что при изготовлении сотового заполнителя время отверждения пропитанных сотовых блоков на последней стадии составляло 75 мин. Испытания полученных образцов трехслойной термостойкой сотовой конструкции проводили аналогично примеру 2.
Пример 10. Термостойкую сотовую трехслойную конструкцию изготавливали аналогично примеру 1 с той лишь разницей, что при прессовании трехслойной конструкции в качестве клея использовали полиимидное связующего СП-97К с добавлением микрошлифовального порошка электрокорунда 25 AF1200 в количестве 45% от массы связующего. Испытания полученных образцов трехслойной термостойкой сотовой конструкции проводили аналогично примеру 2.
Пример 11. Термостойкую сотовую трехслойную конструкцию изготавливали аналогично примеру 1 с той лишь разницей, что при прессовании трехслойной конструкции в качестве клея использовали полиимидное связующее СП-97К с добавлением микрошлифовального порошка электрокорунда 25 AF1200 в количестве 55% от массы связующего. Испытания полученных образцов трехслойной термостойкой сотовой конструкции проводили аналогично примеру 2.
Свойства трехслойных конструкций, изготовленных по примерам 1-11 и прототипа, представлены в таблице.
Предложенный способ изготовления термостойкой сотовой трехслойной конструкций обеспечивает снижение на 200 °С температуры изготовления по сравнению с прототипом при сокращении времени изготовления на 21 час без учета воздушной сушки. Полученная трехслойная конструкция работоспособна при температуре 300 °С и имеет высокие прочностные характеристики при сравнительно близких значениях прочности с прототипом.