СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЯЧЕИСТОГО СОТОВОГО ЗАПОЛНИТЕЛЯ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
MANUFACTURING METHOD OF CELLED HONEYCOMB FILLER FROM COMPOSITE MATERIALS

Изобретение относится к способу изготовления ячеистого заполнителя, в том числе сотового заполнителя, из композиционных материалов для двух-, трехслойных панелей и оболочек из препрега. Предлагаемое изобретение может использоваться для изготовления изделий с высокой удельной прочностью в авиационной, ракетно-космической, строительной, автомобильной и других отраслях промышленности.
Предлагаемый способ позволяет формовать одновременно слои двух-, трехслойных панелей и изготавливать ячеистый заполнитель произвольной формы с переменным размером ячеек.
Известные способы изготовления сотового заполнителя (патенты RU 2272712 C1, RU 237007 C1, RU 2460647 C1) являются трудоемкими, т.к. состоят из большого количества операций, выполняемых последовательно: наносят на углетканевую (стеклотканевую) ленту клей полосами определенной ширины через определенные расстояния; склеивают ленты между собой в определенном порядке; растягивают полученную заготовку для образования «сотоблока»; пропитывают связующим полученный «сотоблок»; осуществляют полимеризацию «сотоблока».
Данные способы не позволяют применять для изготовления ячеистого заполнителя препрег (предварительно пропитанный связующим материал) из-за технологического разделения операций по склеиванию лент и пропитки связующим и полимеризации «сотоблока».
Известен способ изготовления сотового заполнителя из препрега (патент ЕР 0284848 А2 от 10.05.1988 г.) (прототип), где в качестве формообразующих элементов используются жесткие из алюминиевого сплава или из иного материала, не деформируемого в ходе применения нагрузок, шестигранные стержни.
Данный способ имеет следующие недостатки, которые не позволяют:
1. Обеспечить качественную, равномерную, по всему объему, склейку ячеистого заполнителя, т.к. неизбежные зазоры между формообразующими стержнями, возникающие вследствие неточности их изготовления и их взаимного расположения, ничем не компенсируются.
2. Одновременно формовать два слоя, внешний и внутренний, двухслойной панели вследствие приложения прижимной силы только поперек оси ячеек ячеистого заполнителя и отсутствия возможности, ввиду технологических особенностей данного метода, приклеивания листа препрега к торцам ячеистого заполнителя в процессе его полимеризации.
3. Изготавливать ячеистый заполнитель, в котором оси ячеек перпендикулярны какой-либо криволинейной поверхности, вследствие жесткости формообразующих стержней, не позволяющей им деформироваться и выбирать зазоры между собой при непараллельном размещении.
Задача изобретения состоит в устранении вышеуказанных недостатков.
Технический результат изобретения заключается в обеспечении максимальной площади контакта между склеиваемыми поверхностями препрега и равномерного давления на формуемую ячейку по всем направлениям.
Указанные результаты обеспечиваются за счет того, что в способе изготовления ячеистого заполнителя из композиционных материалов, в котором между формообразующими элементами осуществляют выкладку препрега и формуют его под давлением с последующим отверждением. Формообразующий элемент выполнен из эластичного упруго деформируемого материала с коэффициентом Пуансона близким к 0,5. Объем формообразующего элемента должен быть достаточен для заполнения внутреннего объема формуемой ячейки.
Формообразующие элементы для одного ячеистого заполнителя могут быть выполнены с разной геометрией.
Выкладка формообразующих элементов может быть осуществлена на поверхность препрега.
Поверхность препрега может быть выполнена криволинейной.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 показан общий вид технологической оснастки.
На фиг. 2 показаны формообразующие элементы и препрег до приложения нагрузки.
На фиг. 3 показаны формообразующие элементы и препрег после приложения нагрузки.
На фиг. 1 показано устройство с помощью которого можно осуществить предлагаемый способ. Устройство состоит из нижней части пресс-формы 1, на дне внутренней полости которой находятся установочные пазы 7, а на 2-х противоположных боковых стенках имеются технологические прорези 6, верхней части пресс-формы 4 и болтов 5.
Один из вариантов реализации предлагаемого способа осуществляется следующим образом:
В нижнюю часть металлической пресс-формы 1 устанавливают в шахматном порядке, методом плотной упаковки, формообразующие элементы, например, из силикона 2, причем для более равномерной и четкой расстановки формообразующих элементов 2 первый и последний ряды формообразующих элементов 2 устанавливают в установочные пазы 7. Далее между формообразующими элементами 2, прокладывают, как показано на фиг. 2, ленты из препрега 3 (препрег на основе углеткани, пропитанной эпоксидной смолой), выводя наружу их концы через технологические прорези 6, предназначенные для обеспечения более удобной прокладки препрега между формообразующими элементами и последующей натяжки лент препрега для придания равнотолщинности конструкции. Сверху на формообразующие элементы накладывают верхнюю часть металлической пресс-формы 4 и притягивают болтами 5 к нижней части пресс-формы 1. Формообразующие элементы 2 под действием усилия затяжки болтов 5 упруго деформируются и принимают в плане форму шестигранников (как показано на фиг. 3), плотно прижимая соответствующие участки ленты из препрега 3 друг к другу. Собранную таким образом конструкцию устанавливают в печь на время и при температуре необходимых для осуществления полимеризации данного препрега., где препрег полимеризуется. После полимеризации пресс-форме дают остыть не менее 2 часов и затем верхнюю часть пресс-формы 4 снимают, формообразующие элементы 2 принимают первоначальную форму и размеры, после этого их извлекают из получившегося ячеистого заполнителя, который вынимается из нижней части пресс-формы 1. Затем от получившегося ячеистого заполнителя отрезают технологические кончики препрега. Внутренняя полость пресс-формы изготавливается того размера, который определяет размер будущего «сотоблока» или панели с ячеистым заполнителем.
В варианте реализации предлагаемого способа для распределения нагрузки формования используется так называемый «мягкий пуансон», только не единичный, а множественный. Так как формующие элементы - «мягкие пуансоны» исчисляются для каждого изделия сотнями, а для изделий метровых размеров - тысячами, то можно ввести термин «мультипуансонное формование». Для сотовых панелей, где каждая ячейка в плане представляет из себя правильный шестиугольник, в качестве отдельных пуансонов используются цилиндры диаметром, равным диаметру вписанной в правильной шестиугольник окружности, и высотой, равной 110% глубины пресс-формы. Таким образом, диаметром и высотой цилиндра «мягкого пуансона» задается размер ячейки сотовой панели. Формообразующий элемент изготавливается из эластичного упругодеформируемого антиадгезионного материала, выдерживающего температуру полимеризации «препрега», например силикона. Он не склеивается эпоксидной смолой с углеволоконной тканью и сохраняет свои эластичные свойства при температурах формования карбоновых сотовых панелей 90-140°C. Коэффициент Пуассона у силикона, резины и других подобных эластичных материалов близок к 0,5, поэтому при приложении давления подобно жидкости, эти материалы равномерно распределяются по всему объему пресс-формы. Таким образом, обеспечивается надежный силовой контакт в местах соприкосновения формуемого препрега, что в свою очередь обеспечивает качественную склейку слоев.
Каждый формующий элемент может быть выполнен любой формы и размеров, в зависимости от того, какой конфигурации необходимо выполнить ячеистый заполнитель.
При формовании двухслойной панели на дно полости нижней части пресс-формы выкладывается необходимое количество слоев препрега.
Для изготовления ячеистого заполнителя с криволинейной поверхностью дно внутренней полости нижняя части пресс-формы и нижняя поверхность верхней части пресс-формы выполнены криволинейными, при этом изделие после отверждения не будет иметь внутренних напряжений.
Использование предлагаемого способа изготовления ячеистого заполнителя позволяет сократить время его изготовления, получить равнотолщинность его стенок и лучшую их проклейку, за один технологический цикл получить изделие с разными формами ячеистого заполнителя разной формы вплоть до криволинейной с дополнительными ребрами жесткости.
Меняя форму и размеры формообразующих элементов по сечению изделия, можно создавать панели с переменными размерами и формой ячеек наполнителя и конфигурировать весовые и прочностные свойства изделий по их поверхности.
Еще одним важным преимуществом данной технологии является возможность изготавливать изделия со сложной криволинейной поверхностью без возникновения остаточных напряжений после формования и склейки.