СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРИВОЛИНЕЙНОЙ ТРЕХСЛОЙНОЙ КОМПОЗИТНОЙ ПАНЕЛИ
METHOD FOR PRODUCING CURVILINEAR THREE-LAYER COMPOSITE PANELS

Изобретение относится к способам изготовления трехслойных конструкций из композиционного материала и может быть использовано в интерьере современных пассажирских самолетов для изготовления панелей интерьера.
Трехслойные сотовые панели характеризуются довольно высокой удельной прочностью и жесткостью, по сравнению с традиционными монолитными. Имеют меньшую толщину оболочек панелей и число ребер жесткости, и меньшую массу конструкции
Рост объемов производства авиационной техники ставит перед производителями задачу экономической эффективности при изготовлении деталей современного высокотехнологичного интерьера самолетов.
Для этого необходимо выполнение следующих задач: - использование новых технологических процессов изготовления панелей интерьера, обеспечивающих уменьшение длительности производственных циклов их изготовления, трудоемкости и энергозатрат и получение деталей высокого качества соответствующих Авиационным правилам АП-25 по горючести, тепловыделению и дымообразованию.
Для изготовления панелей интерьера самолетов в настоящее время используются две основные технологии: вакуумное и прессовое формование [1, 2]. Каждая из приведенных технологий имеет свои преимущества и недостатки.
Наиболее широко применяется технология вакуумного формования в термопечи, которая позволяет изготавливать панели любой сложности и использует относительно дешевое оборудование (термопечь).
Недостатком данной технологии является длительное время формования, что увеличивает трудоемкость и энергозатраты, а также наличие довольно большого количества расходных материалов (дренажные слои, разделительные пленки, вакуумные мешки, герметизирующие ленты), которые выбрасываются, загрязняя окружающую среду, а их стоимость включается в стоимость детали.
Применение прессового формования для изготовления трехслойных панелей интерьера отличается отсутствием вспомогательных материалов, что удешевляет процесс изготовления, но ограничивается формованием плоских трехслойных панелей.
Известна технология ускоренного формования трехслойных панелей (3-9), позволяющая совместить преимущества вакуумного формования - способность изготавливать панели двойной кривизны и прессового формования - формовать панели без использования расходных материалов. Этот процесс значительно сокращает время изготовления панелей. Данная технология состоит из операции:
- выкладка плоского технологического пакета, состоящего из заполнителя и слоев препрега;
- закладка технологического пакета в нагретую формообразующую пресс-форму установленную в прессе;
- смыкание пресс-формы до заданного зазора между пуансоном и матрицей, с деформацией сотового заполнителя;
- выдержка технологического пакета при температуре формования, в течении заданного времени;
- размыкание пресс-формы;
- извлечение готовой трехслойной сотовой панели;
- механическая обработка технологических припусков, контроль свойств и качества панелей.
Недостатком известной технологии является ее не эффективность при небольшом объеме производств. Эффективность может быть достигнута при изготовлении сложнопрофильных деталей интерьера пассажирских самолетов при большом объеме производства однотипных деталей.
Известен способ изготовления композиционных деталей с сотовым заполнителем (патент США №5897739, опубликованный 27.04.1999), в котором предварительно отверждают нижнюю композиционную обшивку, обрабатывают ее по контуру и устанавливают на формообразующую оснастку, изготавливают сотовый заполнитель и устанавливают его через клеевую пленку на нижнюю обшивку по заданным размерам относительно кромки нижней обшивки, затем на образовавшуюся сборку укладывают клеевую пленку и верхнюю неотвержденную композиционную обшивку таким образом, чтобы она выходила за торцы нижней отвержденной обшивки на строго установленный размер и при формовании сцеплялась со ступенькой, образованной торцами нижней обшивки, не позволяя слоям верхней обшивки при формовании деформировать сотовый заполнитель.
После чего полученный полуфабрикат детали упаковывают в вакуумный мешок и проводят отверждение.
Недостатками данного способа являются большая трудоемкость и длительный цикл изготовления за счет необходимости механической обработки нижней обшивки и обеспечения заданного размера верхней обшивки относительно контура нижней обшивки для формирования ступенек. Кроме того, наличие ступенек по контуру влияет на качество внешнего вида панели, способствуя образованию складок в процессе отверждения при недостаточном натяжении материала верхней обшивки или зависанию слоев в зоне кромок сотового заполнителя при избыточном натяжении.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа изготовления криволинейных трехслойных сотовых панелей, включающим печное и прессовое формование.
Технический результат-снижение трудоемкости производственного цикла, а также повышение качества внешнего вида криволинейных трехслойных сотовых панелей.
Технический результат достигается тем, что способ изготовления криволинейной трехслойной композитной панели включает последовательную выкладку из слоев препрега на прямолинейную формообразующую оснастку раздельно нижней обшивки с сотовым наполнителем и верхней обшивки, термоформование в прессе при температуре 140°С, давлении 0-60 МПа, выдержку в течение 40 мин и охлаждение до 80°С, распрессовку, последующую укладку на криволинейную формообразующую оснастку нижнего слоя обшивки с сотовым наполнителем, с предварительно выполнением надрезов сотового наполнителя вдоль линии гиба, заполнение пустот полимерным заполнителем при необходимости увеличения прочности на сгибе, укладку верхнего слоя обшивки на сотовый наполнитель клеевой стороной, полученной предварительным нанесением смолы на шероховатую поверхность, закрепление заготовки термоустойчивой лентой с последующим размещением ее в вакуумном мешке, отверждением при подъеме температуры до 70°С со скоростью 1-3°С/мин под вакуумом 10 кПа, выдержкой при 70°С в течение 30 мин, охлаждением до 60°С со скоростью 5°С/мин и сбросом вакуума при достижении температуры 60°С, с последующей распрессовкой.
Осуществление изобретения
Предлагаемый способ изготовления криволинейной трехслойной панели из композиционного материала включает изготовление нижней обшивки: для этого укладывают на нержавеющий лист, например AISI, препрег нижней обшивки на основе угольных или стеклянных волокон, к примеру Т15-160-120735-920 (препрег на основе конструкционной стеклоткани марки Т-15п-76(92) с поверхностной плотностью ткани 160 г/м2 и эпоксидного связующего марки НСР1207 с содержанием связующего 35%), XPPR-2071-400-120141-1000-101-002 (препрег на основе углеродной ткани саржевого переплетения марки Ст-12071 с поверхностной плотностью ткани 400 г/м2 и эпоксидного связующего марки НСР1201 с содержанием связующего 41%), в зависимости от выставленных требований прочности, с направлением волокон 0°, предварительно сняв с одной стороны заготовки препрега защитный слой бумаги, прикатывают слой препрега, удалив воздушные пузыри и складки прижимным валиком, сняв со второй стороны заготовки препрега защитный слой полиэтилена.
Поверх первого слоя препрега выкладывают второй слой препрега того же типа, к примеру Т15-160-120750-920 (Т15-160-120750-920 - препрег на основе конструкционной стеклоткани марки Т-15п-76(92) с поверхностной плотностью ткани 160 г/м2 и эпоксидного связующего марки НСР1207 с содержанием связующего 50%), XPPR-2071-400-120141-1000-101-002 с направлением волокон 90°.
Укладывают на 2-й слой препрега сотовый наполнитель.
Внешнюю обшивку фиксируют по всей ширине с помощью термостойкой ленты.
Сотовый наполнитель, например AC-NH-A-3,2-48 (Производство Arimacore, Китай)
Выкладка верхней обшивки: укладывают на нержавеющий лист, к примеру AISI, последовательно два слоя препрега на основе угольных или стеклянных волокон, предварительно сняв с одной стороны заготовки препрега, например Т10-290-12-245-915, защитный слой бумаги с направлением волокон 90°, укладывают слой жертвенной ткани и выкладывают слой препрега, например Т10-285-120735-925 (препрег на основе конструкционной стеклоткани марки Т-10-14(92) с поверхностной плотностью ткани 285 г/м2 и эпоксидного связующего марки НСР 1207 с содержанием связующего 35%.) с направлением волокон 0° укладывают слой жертвенной ткани, фиксируют по всей ширине верхнюю обшивку с помощью термостойкой ленты.
Поверх укладывают нержавеющий лист, к примеру AISI (008), проверив отсутствие не снятой пленки, пузырей и складок на заготовках препрега.
Проводят термоформование в прессе одновременно раздельных заготовок нижней обшивки с уложенным на него сотовым наполнителем и верхней обшивки.
Термоформование проводят в прессе при следующих режимах: подъеме температуры до 140°С, давлении на площадь прессуемой поверхности (0-60 МПа) согласно графика давления расположенного на корпусе пресса, выдержке в течение 40 минут при 140°С и; охлаждении до 80°С.
После термоформования в прессе проводят распрессовку, для чего производят съем нижней обшивки с сотовым наполнителем из пресса, сняв нижнюю обшивку с нержавеющего листа AISI.
Производят распрессовку верхней обшивки: сняв нержавеющий лист AISI, извлекают верхнюю обшивку и удаляют слой жертвенной ткани.
Для получения криволинейной панели на подготовленную оснастку заданной криволинейной формы укладывают полученную термоформованием в прессе нижнюю обшивку с сотовым наполнителем. Для придания криволинейной получаемой формы необходимо прорезать сотовый наполнитель на всю ширину вдоль линии гиба, оставив 2-3 мм до нижней обшивки, на расстоянии между резами примерно 5-6 мм.
Пустоты прорезей заполняются полимерным заполнителем, к примеру заполнителем-сферопластом ВПЗ-7М, при необходимости увеличения прочности на сгибе.
Склеивание верхней обшивки: подрезают по периметру технологический припуск верхнего слоя обшивки, предварительно приложив его к нижнему слою. Наносят смолу, к примеру ЭД-20 с ПО300, на шероховатую поверхность верхней обшивки равномерно, тонким слоем по всей площади поверхности. Укладывают на оснастку нижний слой обшивки с сотовым наполнителем, закрепляют термоустойчивой лентой заднюю кромку и боковые стенки до линии гиба.
Укладывают верхний слой обшивки клеевой стороной на сотовый наполнитель, закрепляют по периметру термоустойчивой лентой.
Укладывают на оснастку нижний слой обшивки с сотовым наполнителем, закрепляют термоустойчивой лентой заднюю кромку и боковые стенки до линии гиба, укладывают верхний слой обшивки клеевой стороной на сотовый наполнитель, закрепляют по периметру термоустойчивой лентой.
Верхний слой обшивки после термоформования в прессе остается гибким и легко укладывается на оснастку.
Проводят сборку вакуумного мешка в следующей последовательности: по периметру на ширину 100-150 мм укладывают жертвенную ткань, укладывают дренажно-впитывающий материал.
По периметру панели на оснастку наклеивают герметизирующий жгут, не снимая защитный слой. Укладывают вакуумную пленку, не фиксируя к жгуту. Перемещают выклеечную оснастку в печь термовакуумного формования.
2
Помещают термодатчик под дренажно-впитывающий материал около детали. При размере детали более 1 м необходимо устанавливают два термодатчика. Фиксируют вакуумную пленку к жгуту, предварительно удалив защитный слой. Включают вакуумный насос и проверяют герметичность вакуумного мешка.
Производят печное термоформование при следующих режимах:
- подъем температуры со скоростью 1-3°С/мин до 70°С при наличии вакуума 10 кПа;
- выдержка при 70°С - 30 мин;
- охлаждение до 60°С со скоростью 5°С/мин;
- сброс вакуума при достижении температуры 60°С.
Производят распрессовку вакуумного чехла в следующей последовательности:
- отсоединяют вакуумный штуцер.
- извлекают термодатчик,
-удаляют вакуумную пленку, дренажно-впитывающий материал, жертвенную ткань, термостойкую ленту.
Криволинейная трехслойная композитная панель, полученная вышеописанным способом по своим характеристикам соответствует Авиационным правилам АП-25 по горючести, тепловыделению и дымообразованию.
Преимущества заявляемого способа:
- метод формования позволяет улучшить характеристики по тепловыделению за счет отказа от клеевой пленки, так как клеевые пленки для склейки обшивок с сотовым наполнителем не соответствуют стандарту по характеристикам тепловыделения и огнестойкости для панелей интерьера.
- способ формования в два этапа позволяет после формования нижней обшивки с сотовым наполнителем произвести заполнение торцов и мест упрочнения (в надсечках для гиба сотового наполнителя) заполняющим полимерным заполнителем, к примеру, заполнителем-сферопластом ВПЗ-7М, для увеличения прочности на сгибе, и проводить одновременное спекание с верхней обшивкой (при использовании термоотверждающих паст или смол).
- приклеивание верхней обшивки производится в печи при температуре 70°С, что позволяет избежать изготовления дорогостоящей металлической оснастки и удешевляет стоимость готовой детали при штучном изготовлении, т.к. стоимость оснастки закладывается в стоимость готового изделия.
- способ позволяет избежать коробления панели, так как способ поэтапного склеивания приводит к отсутствию данного дефекта.
- на лицевой поверхности при изготовлении криволинейных панелей в местах изгиба отсутствуют складки или иные неровности обшивки, так как обшивка формируется в прессе на ровной поверхности.
Источники информации:
1. Стрельников С.В, Застрогина О.Б., Вешкин Е.А., Швец Н.И. К вопросу о создании высокоэффективных технологий изготовления панелей интерьера в крупносерийном производстве // Авиационные материалы и технологии. 2011. №4. С. 18-24.
2. HexPly Prepreg Technology. Product Datasheet, Hexcel Corporation. Publication No. FGU 017c. 2013.)
3. Постнов В.И., Петухов В.И., Стрельников С.В, Вешкин ЕА, Застрогина О.Б. Особенности «CTush-core» технологии в изготовлении трехслойных сотовых панелей интерьера // Тезисы XI Всероссийской научно-технической конференции и школы молодых ученых, аспирантов и студентов. Воронеж. 2010. С. 41-43.
4. Black S. Advanced materials for aircraft interiors // High-performance composites. 2006. №11. (электронный журнал).
5. Вешкин E.A. Панели интерьера быстро и качественно // Инженерная газета «Индустрия». 2010. №2627. С. 4.
6. Method of forming a honeycomb structural panel: Pat. US 3.815.215 11.06.1974.
7. A Method of making crushed core molded panels патент: Pat. US 4917747 17.04.1990.