СЭНДВИЧ-ПАНЕЛЬ

Полезная модель относится к композиционным материалам, а именно к панелям типа «сэндвич», и может найти применение в автомобилестроении, авиации, строительстве, а также при изготовлении деталей корпусов маломерных судов, в том числе многокорпусных (катамаранов, тримаранов), испытывающих большие нагрузки и эксплуатируемых, в частности, в морской среде.
Известна композитная алюмопластиковая панель (варианты) (пат. РФ на полезную модель №47931, опубл. 2005.09.10), содержащая плоскую многослойную структуру, образованную двумя алюминиевыми листами, один из которых выполнен с внешним полимерным, а другой с внешним антикоррозионным покрытиями, между которыми расположен композиционный полимерный слой, выполненный например, из полиэтилена низкого давления, при этом контактирующие с ним внутренние поверхности алюминиевых листов выполнены с адгезионным покрытием, а все слои соединены между собой термическим прессованием. Прочность и антикоррозионные свойства известной панели, предназначенной преимущественно для облицовки фасадов, являются недостаточными для эксплуатации при высоких нагрузках, а также в морской среде.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является сэндвич-панель (пат. РФ на полезную модель №86906, опубл. 2009.09.20), включающая два поверхностных слоя, выполненных из стеклоткани, пропитанной изоцианатным предполимером на основе простого гидроксилсодержащего эфира, полиизоцианата и катализатора уретанообразования, и центральный полимерный слой из жесткого заливочного полиуретана.
Недостатком известной сэндвич-панели является ее недостаточная прочность, проявляющаяся при больших нагрузках, а также невысокая влагостойкость, обусловленная способностью полиуретана взаимодействовать с водой. Кроме того, известная сэндвич-панель требует синтезирования изоцианатного предполимера непосредственно перед его нанесением на стеклоткань, осуществляемым вручную, что создает условия, опасные для здоровья человека в связи с крайней ядовитостью изоцианатов.
Задачей полезной модели является создание сэндвич-панели, пригодной для эксплуатации при высоких нагрузках, а также во влажном климате и в морской среде.
Технический результат полезной модели заключается в повышении прочности сэндвич-панели и улучшении ее влагостойкости при одновременном улучшении условий труда и безопасности при ее изготовлении.
Указанный технический результат достигается сэндвич-панелью, включающей два поверхностных слоя, выполненных из стеклоткани, и центральный полимерный слой, в которой, в отличие от известного устройства, полимерный слой представляет собой слой конструкционного пенопласта, в котором выполнены сквозные отверстия, связанный со слоями из стеклоткани эпоксидной смолой, при этом связанные между собой слои подвергнуты вакуумной подпрессовке.
В оптимальном варианте осуществления сэндвич-панели в слое конструкционного пенопласта выполнены сквозные отверстия диаметром 2-3 мм в количестве не менее 100 отверстий на 1 квадратный метр.
Предлагаемая сэндвич-панель может быть выполнена с соединительной кромкой по краям.
Толщина слоя конструкционного пенопласта в соединительной кромке сэндвич-панели преимущественно составляет 2/3 толщины указанного слоя основного тела сэндвич-панели.
Предлагаемая сэндвич-панель схематически показана на чертеже. Она включает два слоя стеклоткани 1, между которыми помещен слой конструкционного пенопласта 2 с выполненными в нем сквозными отверстиями 3, связанный со слоями стеклоткани прослойками эпоксидной смолы 4.
Благодаря наличию сквозных отверстий в слое конструкционного пенопласта эпоксидная смола связывает не только слои стеклоткани с пенопластом, но и слои стеклоткани между собой через указанные отверстия, что приводит к значительному повышению прочности сэндвич-панели.
Оптимальная прочность сэндвич-панели обеспечивается при диаметре сквозных отверстий 2-3 мм, равномерно распределенных в количестве не менее 100 на квадратный метр.
Для изготовления сэндвич-панели с соединительной кромкой (на чертеже не показана) используют лист конструкционного пенопласта с краями, размер которых соответствует ширине кромки, а толщина преимущественно равна 2/3 основной толщины указанного листа.
Соединительная кромка позволяет оптимизировать условия соединения отдельных сэндвич-панелей с помощью полосы стеклоткани, предварительно пропитанной эпоксидной смолой. Указанный тип соединения находит преимущественное применение при сборке корпусов морских судов, в том числе, маломерных.
Используемый в предлагаемой сэндвич-панели конструкционный пенопласт (пенополистирол) благодаря однородности и регулярности своей закрыто-ячеистой структуры, свободной от случайных пустот и пор, обладает высокой прочностью на сжатие (при низкой плотности) и обеспечивает ее высокие механические характеристики, в частности, прочность. Кроме того, жесткий конструкционный пенопласт характеризуется низким водопоглощением, а также высокой плавучестью.
Используемая в качестве связывающей прослойки эпоксидная смола обеспечивает высокую прочность соединения; она обладает высокими адгезионными свойствами, хорошо впитывается в основу из стекловолокна и образует с ней композитное единое целое, что в сочетании с крайне низкой усадкой служит повышению прочности изделия в целом. Кроме того, связывающая прослойка из эпоксидной смолы обладает очень низким водопоглощением.
Разработанные в последнее время эпоксидные смолы могут обладать достаточно низкой вязкостью и контролируемым временем отверждения. Они не содержат вредных для здоровья веществ и не выделяют при отверждении фенола.
Формование предлагаемой сэндвич-панели осуществляют путем последовательного накладывания один на другой входящих в ее состав слоев (листа стеклоткани, листа конструкционного пенопластаста и снова листа стеклоткани) с промазыванием их контактирующих сторон эпоксидной смолой с помощью известного средства, преимущественно, специального станка. Допустимо промазывание вручную (с помощью щетки, катка и т.п.). Непосредственно после промазывания, не дожидаясь отверждения эпоксидной смолы, полученную заготовку сэндвич-панели помещают в вакуумный пакет из полимерной, например, полиэтиленовой пленки, из которого с помощью вакуумного насоса откачивают воздух, осуществляя вакуумную подпрессовку указанной заготовки.
Вакуумная подпрессовка обеспечивает удаление воздуха, попавшего между слоями сэндвич-панели, удаление лишней эпоксидной смолы и одновременно способствует лучшей пропитке склеиваемых слоев связующей эпоксидной смолой. Под воздействием избыточного внешнего давления формируется высокопрочная сэндвич-панель.