Способ изготовления сотового заполнителя
METHOD FOR MANUFACTURING A HONEYCOMB

Изобретение относится к способу изготовления сотового заполнителя из стеклоткани и может быть использовано в ракето-, самолето- и судостроении, строительной, мебельной и упаковочной промышленности при изготовлении трехслойных конструкций сложной кривизны.
Известен способ изготовления сотового заполнителя, включающий следующие операции: нанесение клеевых полос на полотно стеклоткани в продольном направлении, разрезку в направлении, перпендикулярном клеевым полосам, полотна стеклоткани на заготовки, сборку сотового пакета путем укладки со смещением каждой заготовки относительно предыдущей на половину шага клеевых полос, склеивание заготовок сотового пакета по заданному режиму и термостабилизацию свободно подвешенного сотового пакета, получение сотового блока с заданной гранью ячейки путем растяжения сотового пакета, пропитку сотового блока полимерным связующим с последующим термоотверждением его (Патент РФ №2272712, МПК B32B 3/12. Способ изготовления сотового заполнителя / B.C. Волков, В.А. Разумовский, A.M. Крюков, Н.А. Садикова. Опубл. 27.03.2006 г.) - аналог 1.
Наиболее технологичным и востребованным видом клеевых сотовых заполнителей являются шестигранные соты, но они при выкладке на криволинейные поверхности демонстрируют эффект седловидности.
Данный способ имеет существенный недостаток: невозможность выкладывать сотовые панели на поверхностях сложной кривизны.
Известен патент на способ изготовления гибкого сотового заполнителя, у которого в качестве элементарной ячейки выступает, так называемая, «звезда Джексона» (Патент США №3991245, МКИ B32B 3/12. Flexible honeycomb structure / W.T. Jackson. Опубл. 09.11.76 г.) - аналог 2. Ячейки данной структуры являются идентичными и имеют поперечное сечение, состоящее из трех одинаковых сегментов, расположенных под одинаковым углом к общей оси. Ячейки регулярной гексагональной конфигурации соприкасаются четырьмя сторонами таким образом, что общие грани между сегментами являются нелинейными, за счет чего придается гибкость структуре. Однако изготовление данного типа сотовых блоков по методу растяжения пакета на практике неосуществимо и выполняется, как правило, методом профилирования.
Данные способ имеет недостатки, а именно:
а) сложность совмещения профилированных поверхностей, на которые нанесены клеевые полосы;
б) ограниченность применяемых материалов: использование, например, только предварительно пропитанных связующими стекло- и трикотажных тканей;
в) невозможность изготовления крупногабаритных сотовых блоков;
г) невозможность получения стеклосотов с гранями ячейки менее 6 мм ввиду разрушения стекловолокон в процессе прессования гофров.
В качестве прототипа выбран патент РФ №2565711, МПК B32B 312. Способ изготовления сотового заполнителя / A.M. Крюков, B.C. Волков, Ю.Г. Мурашкин, С.А. Мешков, Н.В. Степанов. Опубл. 20.10.2015 г. Способ включает следующие операции: нанесение клеевых полос на полотно стеклоткани в продольном направлении, разрезку в направлении, перпендикулярном клеевым полосам, полотна стеклоткани на заготовки, сборку сотового пакета путем укладки со смещением каждой заготовки относительно предыдущей на половину шага клеевых полос, склеивание заготовок сотового пакета по заданному режиму и термостабилизацию свободно подвешенного сотового пакета, получение сотового блока с заданной гранью ячейки путем растяжения сотового пакета, пропитку сотового блока полимерным связующим с последующим термоотверждением его. Полученный после термоотверждения сотовый блок разрезают на сотовые панели требуемой толщины, в которых по всей их площади проводят равномерное удаление граней трех смежных ячеек (узловых соединений), соприкасающихся между собой, на высоту сотовой панели, при этом удаляемая часть граней ячеек составляет 0,25-0,33 длины грани.
Данный способ имеет следующие недостатки:
а) способ неэффективен для сотов с гранью ячейки в пределах 2,5-3,5 мм;
б) не обеспечивает изготовление сотовых панелей для применения в изделиях сложной, например, цилиндрической кривизны малого радиуса.
Задача изобретения - получение сотового заполнителя с размером грани ячейки в пределах 2,5-3,5 мм на основе стеклоткани, обеспечивающего возможность использования его при производстве цилиндрических изделий с малым радиусом.
Предлагаемый способ включает нанесение клеевых полос на полотно стеклоткани в продольном направлении, разрезку полотна стеклоткани на заготовки в направлении, перпендикулярном клеевым полосам, сборку сотового пакета путем укладки заготовок со смещением каждой заготовки относительно предыдущей на половину шага клеевых полос, склеивание заготовок сотового пакета по заданному режиму, термостабилизацию свободно подвешенного сотового пакета, формирование сотового блока с заданной гранью ячейки путем растяжения сотового пакета, пропитку сотового блока полимерным связующим с последующим термоотверждением и разрезку сотового блока на сотовые панели заданной высоты с последующим равномерным удалением граней ячеек по всей их площади и высоте, отличающийся тем, что одновременно удаляют ячейки с прилегающими к ним гранями на 0,1-0,25 их длины.
Удаление ячеек в сотовой панели увеличивает гибкость сотового заполнителя, что позволяет его выкладывать на цилиндрических поверхностях малого радиуса.
При увеличении удаляемой части длины грани ячейки происходит расслоение оставшейся части грани, склеенной из двух слоев стеклоткани, а при уменьшении не будет достигнута требуемая гибкость сотового заполнителя.
Удаление ячейки с частью длины примыкающих граней соседних ячеек (см. фиг. 1) образует выпукло-вогнутую элементарную ячейку, названную авторами данного изобретения «подкрепленной восемнадцатигранной звездой». В этом случае функцию подкрепления выполняют оставшиеся части двух смежных элементарных шестигранных ячеек. Получаемая сотовая структура (см. фиг. 2) в отличие от прототипа представляет собой суперпозицию двух типов ячеек: шестигранной 1 и «подкрепленной восемнадцатигранной звезды» 2, в сотовой структуре которого присутствует только элементарная ячейка «подкрепленная звезда Джексона». Патентуемый сотовый заполнитель легко выкладывается на поверхности сложной кривизны, например, цилиндрической малого радиуса (см. фиг. 3).
При повышении процентного содержания в сотовой структуре ячеек второго из упомянутых типов уменьшается радиус кривизны цилиндрической поверхности, на которую можно выкладывать получаемую сотовую панель (см. фиг. 4).
Патентуемый способ наиболее актуален для клеевых шестигранных сотов с длиной грани ячейки 2,5-3,5 мм, применяемых в виде сотовых панелей в интервале высот от 3 до 23 мм. Правильная геометрия их ячеек обеспечивается конструкцией оснастки, которая предполагает использование автоматизированных методов удаления ячеек с частью примыкающих шести граней соседних ячеек, например, штанцевальной высечной оснастки, координатно-фрезерного станка с ЧПУ, лазерной резки и других известных способов.
Длина удаляемой грани ячейки выбрана исходя из недопущения расслоения оставшейся части грани ячейки.
2
Пример 1. Изготавливали сотовый заполнитель с размером стороны гексагональных ячеек 2,5 мм. Для этого на полотно стеклоткани марки Э4-80, на основе волокон из алюмоборосиликатного бесщелочного стекла, ТУ 5952-038-00204926-2002, в продольном направлении наносили полосы фенолополивинилацетального клея БФ-2, ГОСТ 12172-74, (температура отверждения 150°C) с вязкостью 45 с по вискозиметру ВЗ-246 с помощью ребристого вала с шагом ребер 10 мм и подсушивали их в вертикальной шахте клеенаносящей машины при температурах по зонам 45, 65 и 75°С. Разрезали полотно с клеевыми полосами на заготовки длиной 340 мм и шириной 900 мм и производили сборку заготовок со смещением их относительно предыдущей на 5 мм. Собранный пакет заготовок склеивали в прессе по режиму при удельном давлении 0,15 кгс/см, нагреве до температуры 80°С с последующей выдержкой 60 минут, нагреве до температуры 150°С и выдержкой 110 минут, нагреве до температуры 170°С и выдержкой 130 минут.
Термостабилизировали растянутый сотовый пакет в течение 5 часов при температуре 170°С в термостате в свободно подвешенном состоянии. Проводили растяжение сотового пакета до получения ячеек гексагональной формы и закрепляли его в пропиточной рамке с помощью стержней, установленных в петли растягивающих тканевых элементов, приклеенных к сотовому пакету. После медленного в течение 2 минут погружения в раствор связующего - лака бакелитового марки ЛБС-1, ГОСТ 901-78 (раствор фенолформальдегидной смолы в этиловом спирте) с вязкостью 20 с по вискозиметру ВЗ-246 проводили пропитку растянутого сотового пакета в течение 7 мин, медленно вынимали рамку с полученным сотовым блоком из раствора и в течение 9 мин давали стечь избытку связующего. Переворачивали рамку с сотовым блоком на 180° в вертикальной плоскости и выдерживали в течение 12 мин. Приводили рамку с сотовым блоком в исходное состояние и выдерживали в течение 1 мин. Просушивали сотовый блок в течение 3 ч при комнатной температуре, продувая ячейки сотового блока воздухом.
Термообрабатывали сотовый блок в термостате по следующему режиму: нагревом до температуры 100°С с последующей выдержкой 30 мин, нагревом до температуры 150°С и выдержкой 90 мин, нагревом до температуры 170°С и выдержкой 120 мин. Полученный сотовый блок разрезали на сотовые панели. В сотовой панели по всей ее поверхности равномерно удаляли с помощью штанцевальной высечной оснастки ячейки с примыкающими гранями соседних ячеек на высоту сотовой панели. Длина удаляемой части граней ячеек составляла 0,1 их длины.
Пример 2. Изготавливали сотовый заполнитель по примеру 1, но с размером стороны гексагональных ячеек 3,5 мм. Длина удаляемой части граней ячеек составляла 0,2 их длины.
Пример 3. Изготавливали сотовый заполнитель по примеру 1, но с размером стороны гексагональных ячеек 3,5 мм на основе стеклоткани ЭЗ-100 на основе волокон из алюмоборосиликатного бесщелочного стекла, ГОСТ 19907. Длина удаляемой части граней составляла 0,25 их длины.
В таблице приведены характеристики плотности и прочности при сжатии сотовой структуры для сотового заполнителя разных марок.
Из таблицы видно, что при удалении ячеек с примыкающими гранями в сотовых панелях сохраняется 72-87,5% исходной прочности при сжатии для разных марок стеклосотопласта, что составляет достаточно высокую величину, позволяющую использовать эти панели для изготовления трехслойных конструкций сложной кривизны. При этом чем больше размер граней ячеек сотового заполнителя, тем меньше снижение прочности.
Сотовые панели требуемой толщины, в которых по всей их площади проводят равномерное удаление граней трех смежных ячеек (узловых соединений), соприкасающихся между собой, на высоту сотовой панели, при этом удаляемая часть граней ячеек составляет 0,25-0,33 длины грани.
Данный способ имеет следующие недостатки:
а) способ неэффективен для сотов с гранью ячейки в пределах 2,5-3,5 мм;
б) не обеспечивает изготовление сотовых панелей для применения в изделиях сложной, например, цилиндрической кривизны малого радиуса.
Задача изобретения - получение сотового заполнителя с размером грани ячейки в пределах 2,5-3,5 мм на основе стеклоткани, обеспечивающего возможность использования его при производстве цилиндрических изделий с малым радиусом.
Предлагаемый способ включает нанесение клеевых полос на полотно стеклоткани в продольном направлении, разрезку полотна стеклоткани на заготовки в направлении, перпендикулярном клеевым полосам, сборку сотового пакета путем укладки заготовок со смещением каждой заготовки относительно предыдущей на половину шага клеевых полос, склеивание заготовок сотового пакета по заданному режиму, термостабилизацию свободно подвешенного сотового пакета, формирование сотового блока с заданной гранью ячейки путем растяжения сотового пакета, пропитку сотового блока полимерным связующим с последующим термоотверждением и разрезку сотового блока на сотовые панели заданной высоты с последующим равномерным удалением граней ячеек по всей их площади и высоте, отличающийся тем, что одновременно удаляют ячейки с прилегающими к ним гранями на 0,1-0,25 их длины.
Удаление ячеек в сотовой панели увеличивает гибкость сотового заполнителя, что позволяет его выкладывать на цилиндрических поверхностях малого радиуса.
При увеличении удаляемой части длины грани ячейки происходит расслоение оставшейся части грани, склеенной из двух слоев стеклоткани, а при уменьшении не будет достигнута требуемая гибкость сотового заполнителя.