СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СРЕДНЕГО СЛОЯ ТРЕХСЛОЙНОЙ ПАНЕЛИ
METHOD OF PRODUCING CENTRAL LAYER OF THREE-LAYER PANEL

Заявляемое изобретение относится к изготовлению многослойных панелей, используемых при конструировании судов и других плавучих средств, в частности к изготовлению среднего слоя трехслойных панелей, используемых при строительстве надводной части плавучих средств. Оно может найти применение в судостроении и других областях транспортного машиностроения и в промышленном строительстве.
Требования, предъявляемые к многослойным, в частности трехслойным, панелям, включают низкую массу конструкции при достаточной прочности, а также низкую теплопроводность и низкий уровень звукопроницаемости, высокую коррозионную стойкость и др.
Известен способ изготовления трехслойных панелей, который включает формование наружных несущих слоев, отдельное формирование гофрированного элемента из полимерного композиционного материала, подогрев гофрированного элемента, заполнение пространств между гофрами с одной стороны пенополиуретаном (ППУ) с помощью заливочной машины высокого давления, выдержку для полимеризации ППУ, затем заполнение ППУ другой стороны гофрированного элемента и его полимеризацию; после полимеризации механическую зачистку ППУ с обеих сторон до уровня полок гофров, после чего наформовку на готовую панель среднего слоя несущих слоев [RU Заявка №2006131614, М.кл. В63В 5/24, 2006].
Указанный способ многостадиен, имеет низкую производительность и требует дополнительной операции механической зачистки ППУ после заполнения им гофрированного элемента.
Также известна конструкция трехслойной панели из полимерных композиционных материалов, в котором внешние плоские слои и внутренний слой, включающий гофрированный упрочняющий элемент, выполнены из стеклопластика на основе эпоксидного или полиуретанового связующего методом пултрузии [RU полезная модель №56267, М.кл. В32В 1/06, 2006].
Пространства между гофрами промежуточного слоя и внешними слоями заполняют вспененным полимером.
Указанный способ имеет тот недостаток, что выполненная таким образом панель имеет низкую прочность на изгиб поперек гофров, недостаточную для ее использования при строительстве надводной части плавучих средств.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому является способ изготовления среднего слоя трехслойной панели, согласно которому для формирования среднего слоя ребра жесткости трапециевидной или П-образной формы объединяют в единый гофрированный элемент с заполнением пространства между гофрами вспененным полимером с двух сторон до полок гофров [RU №2333131, М.кл. В63В 5/00, 2008]. В указанном способе гофры формируют из пропитанного связующим армирующего материала, например стеклоткани. Сформированные гофры заполняют вспененным полимером, например поливинилхлоридом, сначала с одной стороны гофров, затем после отверждения полимера с другой стороны. Панель среднего слоя формируют отрезками с последующим соединением отрезков как вдоль гофров, так и по стенкам гофров. Собранная панель нуждается в обработке поверхностей перед соединением ее с несущими слоями.
Известный способ имеет достаточно продолжительный цикл изготовления среднего слоя, а механические свойства так сформированного среднего слоя невысоки.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в ускорении процесса изготовления среднего слоя трехслойной панели, снижение трудозатрат при его изготовлении, и повышении его качества.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления среднего слоя трехслойной панели, включающем объединение элементов гофров из армирующего материала в единый гофрированный элемент и заполнение пространств между гофрами вспененным полимером, на воздухонепроницаемую подложку укладывают бруски вспененного полимерного заполнителя, имеющего трапециевидное или прямоугольное поперечное сечение, с шагом, не менее ширины верхней поверхности бруска, на боковые стенки и верхнюю поверхность брусков заполнителя укладывают непропитанный связующим армирующий материал с формированием гофров, между гофрами укладывают бруски вспененного полимерного заполнителя с таким же, как в нижнем ряду, поперечным сечением, сформированный таким образом единый гофрированный элемент с полимерным заполнителем накрывают гибким воздухонепроницаемым пуансоном, имеющим инжекционный порт для подачи связующего, между подложкой и пуансоном создают вакуум 40-80 кПа и через инжекционный порт подают связующее, находящееся при атмосферном давлении, которое после пропитки армирующего материала полимеризуют.
2
Для лучшего распределения связующего на брусках вспененного полимерного заполнителя могут быть выполнены продольные прорези произвольной формы, площадь сечения которых составляет 2-10 мм.
С этой же целью между единым сформированным гофрированным элементом и воздухонепроницаемым пуансоном может быть размещена сетка, выполненная из полимера, инертного к связующему.
В качестве армирующего материала можно использовать стеклоткань, стекломаты, углеродную ткань, ткани из синтетических волокон, таких как полиамид, полиимид, полиэтилентерефталат и т.п., а также смешанные (гибридные) армирующие материалы, такие как, например, стеклоткань марок Т-11-ГВС-9, 9677-R3-290, 62031 и др.; стекломат марки Coremat Xi R 30302 и т.п.
В качестве связующего для армирующего материала используются термореактивные связующие, такие как полиэфирные, винилэфирные, эпоксидные смолы, полиуретан и др., например ПН-609-21М, DION FR 9300, АМЕ 600 inf, Derakane 510-A40.
В качестве вспененного полимерного заполнителя можно использовать любой жесткий легкий материал, имеющий адгезию к используемому связующему и химически стойкий к нему, такой как пенополивинилхлорид, пенополиуретан, пенополистирол, пеноалюминий, синтактные пены и др., преимущественно поливинилхлорид, например, марок ПХВ-1-115, Airex C70 фирмы Alkam Airex AG, Divinycell F50 фирмы DIAB и др.
В качестве воздухонепроницаемой подложки используется лист химически инертного к связующему материала, такого как полиэтилен, политетрафторэтилен и т.п., а также сталь, алюминий с нанесенным разделительным антиадгезионным слоем, например, воска.
В качестве воздухонепроницаемого пуансона используют эластичную пленку, например, из полиэтилена, полипропилена, полиэтилентерефталата, полифторэтилена и т.п.
Толщина стенок гофров из армирующего материала может составлять 0,1-5,0 мм.
Угол при основании сечения брусков равен 20-90°. Для одной панели берут бруски полимерного заполнителя одинаковых размеров и формы.
Заявляемым способом можно изготовить панели желаемых размеров, например, длиной 50-10000 мм, шириной 50-10000 мм и высотой 2-200 мм. В зависимости от предполагаемых размеров панелей выбираются геометрические параметры брусков заполнителя и используемой оснастки - подложки и пуансона.
Далее изобретение иллюстрируется примерами, но не ограничено ими.
Пример 1.
На плоскую подложку из алюминиевого листа толщиной 6 мм наносят разделительный слой воска, на который укладывают жертвенную полиимидную ткань и устанавливают 7 брусков вспененного полимерного заполнителя - поливинилхлорида марки Airex C70.40. Бруски трапециевидной формы имеют длину 2000 мм, толщину 60 мм, угол при основании поперечного сечения 70°. Бруски укладывают на расстоянии, равном ширине верхней поверхности бруска.
На установленные бруски укладывают 5 слоев стеклоткани марки 9677-125-100 R3-290, основой вдоль длинной стороны брусков, формируя гофры. Толщина армирующего слоя 1,5 мм. Затем в гофры помещают верхние бруски пенопласта более узкой поверхностью вниз.
На подготовленный единый гофрированный элемент укладывают слой жертвенной полиимидной ткани и полипропиленовую сетку для распределения связующего. В центре заготовки укладывают полиэтиленовую трубку с фитингом в центре для подачи связующего. У коротких торцов заготовки размещают полиэтиленовые трубки - вакуумные каналы. Короткие концы заготовки и вакуумные каналы укрывают жертвенной полиамидной тканью. Вакуумные каналы соединяют с вакуумным насосом.
По периметру заготовки в 100 мм от каждого края на подложку укладывают герметизирующий жгут. Сверху на заготовку укладывают воздухонепроницаемый гибкий пуансон - пленку из нейлона марки Wrightlon 504 и прикрепляют ее к герметизирующему жгуту с образованием компенсирующих петель.
Внутри оснастки создают вакуум 40-80 кПа и проверяют герметичность соединения пуансона с герметизирующим жгутом.
Связующее на основе винилэфирной смолы марки DION FR 9300 с отвердителем подают через фитинг на полиэтиленовой трубке. После полной пропитки армирующего материала подачу связующего прекращают при работающем вакуумном насосе.
После полимеризации связующего, которое отверждается при комнатной температуре в течение 3 часов, отключают вакуумный насос и выдерживают полученный средний слой трехслойной панели под пленкой не менее 4 часов. Время формования (до выдержки) составило 4 часа.
После выдержки среднего слоя удаляют пуансон, трубки, жертвенную ткань и распределительную сетку.
Сформированный средний слой имеет ровные шероховатые, не требующие дополнительной обработки поверхности, позволяющие соединять его с несущими слоями без дополнительных операций.
Пример 2.
2
Панель среднего слоя получают, как в примере 1, но вместо распределительной сетки на верхних брусках вспененного заполнителя вдоль длины брусков выполняют канавки с помощью сечения 2±0,5 мм.
При толщине сформованного таким образом среднего слоя 60 мм масса квадратного метра составляет 8 кг. При этом средний слой выдерживает максимальную изгибающую нагрузку 1600 Н при среднеквадратичном отклонении изгибающей нагрузки, равной 50.
Для сравнения: квадратный метр среднего слоя такой же толщины, полученного по прототипу, весит 12 кг, и он выдерживает максимальную изгибающую нагрузку 1000 Н при среднеквадратичном отклонении изгибающей нагрузки 300. Время изготовления среднего слоя по прототипу составляет 3-4 суток.
Таким образом, заявляемый способ имеет по сравнению с прототипом следующие преимущества: уменьшение продолжительности цикла изготовления, получения слоя с поверхностями, не требующими их дополнительной обработки, снижение массы одного квадратного метра среднего слоя и улучшение его механической характеристики и стабильности этой характеристики.