СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЯ ИЗ ПОЛИМЕРНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА
METHOD OF PRODUCING ARTICLE FROM POLYMER COMPOSITE MATERIAL

Изобретение относится к области изготовления изделий из полимерных композиционных материалов, а конкретно к способам изготовления рельефных заполнителей, применяющихся в трехслойных конструкциях, и может быть использовано для изготовления панелей и оболочек в строительстве, авиа- и судостроении.
Известен способ изготовления заполнителя зигзагообразной гофрированной конструкции, в котором формирование гофра ведут методом гибки исходного гофрированного листового материала, при котором на выступах и впадинах рельефа участка исходной заготовки, равного по длине шагу зигзагообразного гофра, формируют соответственно впадины и гофры участка зигзагообразного гофра с образованием зигзагообразных линий излома по вершинам выступов и впадин (патент РФ №2100119).
Известен способ изготовления складчатой конструкции заполнителя многослойной панели, включающий сгибание листовой заготовки до образования зигзагообразных гофров объемной рельефной конструкции и выполнение бороздки с обеих сторон листовой заготовки по линиям сгиба выступов и впадин развертки складчатой конструкции шириной, равной не менее толщины листа, глубиной и профилем, допускающим складывание зигзагообразных гофров складчатой конструкции (патент РФ №2238845).
Недостатками известных способов являются невозможность изготовления непрерывного полотна заполнителя, что увеличивает трудоемкость изготовления средне- и крупногабаритных панелей.
Известен способ изготовления заполнителя зигзагообразной гофрированной структуры, в котором формирование гофра ведут путем придания листовой заготовке рельефности с углами выступов и впадин вдоль линий сгиба с последующим сжатием рельефной заготовки с боковых ее сторон до смыкания граней зигзагообразных гофров, после чего сложенную конструкцию растягивают в обратном сжатию направлении до получения заданной высоты заполнителя (патент РФ №2241562).
Недостатком известного способа является невозможность изготовления непрерывного полотна заполнителя, а также большая сложность изготовления заполнителя с необходимой формой гофр, что будет приводить к большому проценту брака при изготовлении.
Известен способ изготовления заполнителя гофрированной структуры, в котором листовая заготовка, в которой выполняются гофры, представляет собой трехслойную конструкцию со вспенивающимся материалом и двумя обшивками (патент EP №2018948).
Недостатком известного способа является большая трудоемкость изготовления заготовки с последующим формованием из нее гофрированной структуры.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ изготовления рельефного заполнителя путем пластического деформирования термопластичного препрега, включающий последовательное формование первичной пилообразной гофры, гофры заданной структуры с полосами контактов и заданным углом изгиба и глубокого, симметричного в плоскости ячеистого рельефа, причем формование ячеистого рельефа производят путем деформирования гофры заданной структуры в поперечном направлении с образованием плоских пятен контакта на вершинах ячеистого рельефа (патент РФ №2307032).
Недостатком этого способа является большая жесткость получаемого рельефного заполнителя, что приводит к плохому прилеганию заполнителя к поверхности двойной кривизны с малыми радиусами изгиба. При большой жесткости заполнителя увеличивается трудоемкость изготовления трехслойных панелей за счет плохого прилегания заполнителя к поверхности двойной кривизны с малыми радиусами изгиба при изготовлении средне- и крупногабаритных изделий, что требует в дальнейшем применения двух и более полотен заполнителя с последующим их склеиванием. Кроме того, прочность склеивания обшивок в трехслойных панелях с рельефным заполнителем недостаточно высока за счет того, что приклеивание обшивок к пятну контакта осуществляется за счет образующихся клеевых галтелей только по внешнему контуру пятна.
Технической задачей заявляемого изобретения является получение изделия - рельефного (ячеистого) заполнителя - с уменьшенной жесткостью, что, в свою очередь, приведет к уменьшению трудоемкости изготовления многослойных панелей и оболочек с рельефным заполнителем с применением минимального количества полотен заполнителя, а также к увеличению прочности склейки обшивок с заполнителем.
Для решения поставленной технической задачи предложен способ изготовления рельефного заполнителя путем пластического деформирования термопластичного препрега, включающий последовательное формование первичной пилообразной гофры, гофры заданной структуры с полосами контактов и заданным углом изгиба и глубокого, симметричного в плоскости ячеистого рельефа, формование которого производят путем деформирования гофры заданной структуры в поперечном направлении с образованием плоских пятен контакта на вершинах ячеистого рельефа, при этом в местах плоских пятен контакта выполнены отверстия диаметром, равным диаметру пятна контакта, или диаметром, большим диаметра пятна контакта.
Отверстия диаметром больше пятна контакта выполняют на глубине не более 1/3 глубины ячеистого рельефа.
Предлагаемый способ реализуется следующим образом. После формования ячеистого рельефа с образованием на вершинах рельефа плоских пятен контакта, получаемые гофры попадают на штырьковые валы с режущими кромками на концах штырьков, которые вырезают в пятнах контакта отверстия.
Преимуществом предлагаемого способа является то, что получаемый рельефный заполнитель обладает пониженной жесткостью при наличии отверстий в пятнах контакта, равных по диаметру диаметрам пятен контакта, а в случае изготовления отверстий с диаметрами, большими, чем диаметры пятен контакта, жесткость заполнителя еще больше уменьшается, соответственно уменьшается и трудоемкость изготовления трехслойных панелей двойной кривизны с рельефным заполнителем за счет применения минимального количества полотен заполнителя. Кроме того, увеличивается прочность склейки обшивок в трехслойных панелях с заполнителем за счет того, что приклейка обшивок к заполнителю осуществляется за счет образующихся клеевых галтелей как по внешнему, так и по внутреннему контурам отверстия.
На чертеже представлен рельефный заполнитель 1, изготовленный в виде листа, в котором выполнены равномерно расположенные выступы в ту и другую сторону от плоскости симметрии листа с образованием плоских пятен контакта 2 на выступах рельефа, в которых выполнены отверстия.
Полученные образцы рельефного заполнителя использовались для изготовления трехслойных панелей.
Были изготовлены трехслойные панели с рельефным заполнителем, размером 500×500 мм, изготовленным по способу-прототипу и предлагаемому изобретению. Причем отверстия изготавливались как равными диаметрам пятен контакта, так и больше диаметров пятен контакта. Рельефный заполнитель изготавливался из стеклоткани Т-15(П)76 (ТУ 6-48-107-94), пропитанной термопластом марки ПСК-1 (ТУ 2226-421-04872688-00) на основе полисульфона. Полученный заполнитель использовался для изготовления трехслойных панелей для последующего проведения сравнительных испытаний трехслойных панелей с рельефным заполнителем, выполненным по прототипу, и рельефным заполнителем по предлагаемому изобретению, т.е. с отверстиями, выполненными в местах пятен контакта. При укладке рельефного заполнителя на форму двойной кривизны определялись минимальные радиусы, при которых возможно было произвести укладку рельефного заполнителя на форму одним полотном, не разрезая его.
1
2
При проведении испытаний жесткость заполнителя оценивалась по минимально возможным радиусам укладки одного полотна рельефного заполнителя размером 500×500 мм на форму двойной кривизны, при этом измерялись радиусы формы в поперечном направлении (в направлении ширины формы) - R и в продольном направлении (в направлении длины формы) - R, т.е. чем меньше минимальные радиусы укладки одного полотна рельефного заполнителя размером 500×500 мм в двух перпендикулярных направлениях, тем меньше жесткость заполнителя, тем меньше трудоемкость изготовления трехслойных конструкций с рельефным заполнителем за счет использования меньшего количества полотен заполнителя при изготовлении этой конструкции. Также оценивалась прочность склеивания обшивок с рельефным заполнителем методом отрыва по ГОСТ 1 90069.
Примеры осуществления
Пример 1
Был изготовлен рельефный заполнитель с отверстиями, диаметры которых равны диаметрам пятен контакта, т.е. равны 5,5 мм.
В процессе изготовления трехслойной панели с рельефным заполнителем было установлено: минимальные радиусы укладки одного полотна ячеистого заполнителя размером 500×500 мм составили:
1
2
R=200 мм; R=500 мм.
Прочность приклейки обшивок к рельефному заполнителю составила 0,64 МПа.
Пример 2
Был изготовлен рельефный заполнитель с отверстиями, диаметры которых больше диаметров пятен контакта, т.е. равны 6,5 мм. Отверстия были выполнены на глубине 1 мм от плоскости пятна контакта.
В соответствии с испытаниями по примеру 1 было установлено:
1
2
R=150 мм, R=250 мм.
Прочность приклейки составила 0,72 МПа.
Пример 3 - прототип
В соответствии с испытаниями по примеру 1 было установлено:
1
2
R=300 мм, R=800 мм.
Прочность склейки составила 0,54 МПа.
Как видно по результатам испытаний, приведенных в примерах 1, 2, 3, жесткость рельефного заполнителя с отверстиями уменьшилась по сравнению с образцом-прототипом не менее чем на 50% в поперечном направлении и не менее чем на 30% в продольном направлении, соответственно и трудоемкость изготовления трехслойных панелей с рельефным заполнителем становится меньше за счет использования меньшего количества полотен заполнителя. Также увеличивается прочность склейки обшивок с заполнителем на 10-20%.
Применение предлагаемого рельефного заполнителя позволяет уменьшить трудоемкость изготовления трехслойных конструкций за счет уменьшения жесткости изготавливаемого заполнителя. Качество изготовленных трехслойных конструкций при этом становится лучше за счет увеличения прочности конструкций.