Конструкционная панель

Настоящая полезная модель относится к области конструкционных материалов, применяемых при производстве и изготовлении летательных аппаратов, средств перемещения по воде, специальных объектов и сооружений, в том числе к специальным заготовкам различного размера, конфигурации и массы. Такие заготовки необходимы при создании изделий, сочетающих минимальную массу с требуемыми габаритами и устойчивостью к различным воздействующим факторам. Техническая задача решается тем, что между верхней и нижней обшивками панели установлены однотавровые и двутавровые перегородки с перфорацией. Частота их взаимного расположения и профиль перегородок определяется требованиями к панели. Основная задача перегородок - обеспечение прочности при сжатии. Перфорация перегородок с целью обеспечения монолитности конструкции и относительно равномерного распределения композиционного заполняющего материала по отдельным секторам, разделенным перегородками. Предварительно на внутренние поверхности обшивки и перегородок наносят адгезионный слой. При формировании вспенивающего заполнителя в него добавляют твердые облегченные полые сферы на основе стекла, неорганических оксидов, керамики, фарфора. Насыпная плотность сфер 0,2-0,4 г/см³. Благодаря этому возрастает твердость заполнителя, устойчивость к сжимающим и изгибающим нагрузкам на панель, монолитность всей конструкции, устойчивость к воздействии химических реагентов.

Настоящая полезная модель относится к области конструкционных материалов, применяемых при производстве и изготовлении летательных аппаратов, средств перемещения по воде, специальных объектов и сооружений, в том числе к специальным заготовкам различного размера, конфигурации и массы. Такие заготовки необходимы при создании изделий, сочетающих минимальную массу с требуемыми габаритами и устойчивостью к различным воздействующим факторам.

Известны трехслойные панели на основе графитных композиционных обшивок, армированные по длине плоскими перегородками из графитного композита (Композитные материалы в конструкции летательных аппаратов, г.Москва, Машиностроение, 1975 г., стр.56). Подобные конструкции обладают высокой прочностью и небольшим весом, но являются дорогостоящими, трудоемкими и сложными в изготовлении. Их производство основано на применении дефицитных компонентов. Известны трехслойные панели с заполнением из полиуретановых жестких заливочных пенопластов, получаемых на месте применения вспениванием жидких компонентов (Авиационные материалы, том 7, часть 2, Термопластичные материалы и пенопласты, г.Москва, 1977 г., стр.192). Они не обладают удовлетворительными физико-механическими свойствами и достаточной опорной способностью. Таким образом, пенопласты не выполняют роли усиливающего конструкционного слоя. Известны трехслойные панели с сотовыми клееными заполнителями ПСП-1 из полимерной бумаги (ОСТ 100851-77). Заполнитель в виде шестигранных ячеек не выдерживает усилий на сжатие, сдвиг и кручение. Это приводит к общей потере панелью своих свойств и, как следствие, к ее разрушению. Известна трехслойная панель с сотовым клееным заполнителем из фольги с шестигранной формой ячейки (ОСТ 100728-75). Однако, при сжатии, сдвиге и кручении и этот заполнитель не предохраняет панель от местной и общей потери устойчивости. Попытка повысить прочность трехслойной панели предпринята в полезной модели по патенту РФ 80874, принятой за прототип. В панели прототипа, состоящей из верхней и нижней обшивок и расположенного между ними сотового клееного заполнителя, прочность повышают путем введения дополнительного вспенивающегося заполнителя на основе пенопласта ПУ-101. Очевидны недостатки подобной конструкции и трудности, связанные с ее реализацией, а именно:

- Материал ПУ-101 не обладает необходимыми прочностными свойствами. Его вспенивание внутри объема с легкодеформируемыми ячейками неизбежно происходит неравномерно.

- Заполнение носит неравномерный характер. Поэтому после отверждения ПУ-101 создаются нежелательные локальные участки напряжения и давления с возможной деформацией как сотового заполнителя, так верхней и нижней панелей.

- Рассчитать необходимое и достаточное количество ПУ-101 сложно, так как вспенивание связано с целым рядом случайных факторов, в первую очередь температурой окружающей среды, влажностью воздуха, чистотой и исходной влажностью компонентов, а также ошибками при дозировке составляющих продуктов.

- В описании прототипа нет указаний, каким образом производится формирование трехслойной панели и какой последовательностью операций оно обеспечивается. Это дает основание для сомнений в целесообразности совмещения мелкоячеистого заполнителя с трудноуправляемым пеноматериалом. Не понятно, как ПУ-101 заливают внутрь объема между верхней и нижней панелями и перегородками. Можно предположить, что вначале происходит заливка ПУ-101, а уже затем монтаж верхней панели, однако, в этом случае над ординаром верхнего габарита панели неизбежно образуется избыток пеноматериала, ликвидация которого после отверждения связана с образованием множественных пустот непосредственно под верхней панелью.

Не ясно, каким образом обеспечена монолитность всей конструкционной панели, поскольку отсутствуют указания на наличие каких либо клеевых и адгезионных слоев и материалов при формировании панели, и в ее устройстве, (фиг.1 прототипа). Таким образом, удовлетворительного решения проблема увеличения прочности панели описанной конструкции на сжатие, сдвиг и кручение в трехслойной панели прототипа не найдено.

Технической задачей настоящей полезной модели является обеспечение монолитности панели и прочностных характеристик, повышение устойчивости к механическим и тепловым воздействием, а также достижение технологичности изготовления и стабильности свойств при эксплуатации.

Техническая задача решается тем, что между верхней и нижней обшивками панели установлены однотавровые и двутавровые перегородки с перфорацией. Частота их взаимного расположения и профиль перегородок определяется требованиями к панели. Основная задача перегородок - обеспечение прочности при сжатии. Перфорация перегородок с целью обеспечения монолитности конструкции и относительно равномерного распределения композиционного заполняющего материала по отдельным секторам, разделенным перегородками. Предварительно на внутренние поверхности обшивки и перегородок наносят адгезионный слой.

При формировании вспенивающего заполнителя в него добавляют твердые облегченные полые сферы на основе стекла, неорганических оксидов, керамики, фарфора. Насыпная плотность сфер 0,2-0,4 г/см³ . Благодаря этому возрастает твердость заполнителя, устойчивость к сжимающим и изгибающим нагрузкам на панель, монолитность всей конструкции, устойчивость к воздействии химических реагентов.

Заявляемая конструкционная панель поясняется из фиг.1 - фиг.2.

Фиг.1 Конструкционная панель: вид сбоку

1 - верхняя обшивка панели;

2 - нижняя обшивка панели;

3 - перегородка двутавровая или однотавровая;

4 - полимерный вспененный заполнитель, наполненный сферами;

Фиг.2 Фрагмент конструкционной панели: вид сбоку

1 - верхняя обшивка панели;

2 - нижняя обшивка панели;

3 - перегородка двутавровая или однотавровая;

4 - полимерный вспененный заполнитель, наполненный сферами;

5 - перфорационное отверстие;

6 - адгезионный слой;

7 - частицы наполнителя.

Введение адгезионного слоя обеспечивает крепление вспененного наполненного заполнителя к внутренним поверхностям верхней и нижней панелей и внутренних перегородок. Введение однотавровых и двутавровых перегородок обеспечивает устойчивость панели к дополнительным нагрузкам. Введение полых микросфер в состав вспененного заполнителя обеспечивает дополнительную прочность на сжатие и изгиб, а также позволяет повысить как температурную, так и химическую и тепловую устойчивость заполнителя.

Примеры конкретного выполнения панели:

Пример 1

Верхняя обшивка 1 и нижняя обшивка 2, а также вертикально расположенные перегородки 3 выполнены из алюминиевого сплава. Поверхность конструкционных обшивок и перегородки заранее покрыты слоем адгезива на основе бутилкаучука. Внутри объем панели заполнен пенополиуретаном 4 плотностью 0,2-0,3 кг/дм³. Приблизительно половина объема полиуретана состоит из частиц 7 облегченных стеклянных полых сфер. Длина панели 3000 мм; ширина панели 300 мм, толщина панели 40 мм.

Пример 2

Верхняя обшивка 1 и нижняя обшивка 2, а также вертикально расположенные перегородки 3 выполнены из стеклопластика на основе эпоксидных смол. Перегородки имеют чередующийся наклон по углом 30° к верхним и нижним плоскостям. Поверхность конструкционных обшивок и перегородки заранее покрыты слоем адгезива на основе латекса ППУ. Внутри объем панели заполнен пенополиуретаном 4 плотностью 0,25-0,35 кг/дм³. Приблизительно 2/3 объема полиуретана состоит из частиц 7 облегченных стеклянных полых сфер. Длина панели 2500 мм; ширина панели 500 мм, толщина панели 30 мм.

Пример 3

Верхняя обшивка 1 и нижняя обшивка 2, а также вертикально расположенные перегородки 3 выполнены из стеклопластика на основе полиэфирных смол с добавлением арамидного волокна. Часть перегородок имеет переменное сечение, равномерно уменьшающееся от верхней к нижней обшивке. Поверхность конструкционных обшивок и перегородки заранее покрыты слоем адгезива на основе бутилкаучука. Внутри объем панели заполнен пенополиуретаном 4 плотностью 0,2-0,3 кг/дм³ . Приблизительно половина объема полиуретана состоит из частиц 7 облегченных фарфоровых полых сфер. Длина панели 4000 мм; ширина панели 600 мм, толщина панели 80 мм.

Пример 4

Верхняя обшивка 1 и нижняя обшивка 2, а также вертикально расположенные перегородки 3 выполнены из стеклопластика на основе полиэфирных смол с добавлением углеволокна, являются однотавровыми и равномерно расширяются к низу. Часть перегородок имеет переменное сечение, равномерно уменьшающееся от нижней к верхней обшивке. Поверхность конструкционных обшивок и перегородки заранее покрыты слоем адгезива на основе бутилкаучука. Внутри объем панели заполнен пенополиуретаном 4 плотностью 0,3-0,4 кг/дм³. Приблизительно 40% объема полиуретана состоит из частиц 7 облегченных полых сфер на основе фарфоровой керамики. Длина панели 5500 мм; ширина панели 500 мм, толщина панели 60 мм.

Введение перфорационных отверстий в перегородках обеспечивает равномерность распределения заполнителя по различным секторам панели, разделенной перегородками, а также монолитность всей структуры. Таким образом, техническую задачу настоящей полезной модели, заключающуюся в обеспечении прочностных характеристик и монолитности панели, повышении ее устойчивости к механическим и тепловым воздействием, а также достижении технологичности при изготовлении и стабильности свойств при эксплуатации следует считать решенной.

Опытные варианты конструкционной панели были сконструированы изготовлены и испытаны в ЗАО «Комплексный технический сервис». Результаты указывают на целесообразность применения заявленной конструкционной панели в конструировании и использовании движущихся моделей и изделий специального применения.

Заявитель просит рассмотреть материалы данной заявки на предмет выдачи патента РФ на полезную модель.

1. Конструкционная панель, состоящая из верхней и нижней обшивок, расположенного между ними сотового заполнителя и дополнительного вспенивающегося заполнителя на основе пенопласта, отличающаяся тем, что роль заполнителя между обшивками играют однотавровые и двутавровые перегородки с перфорационными отверстиями, на внутреннюю поверхность обшивок и перегородок нанесен слой адгезива, а дополнительный вспенивающийся заполнитель смешан с облегченными полыми сферами.

2. Конструкционная панель по п.1, отличающаяся тем, что верхняя и нижняя обшивки и все перегородки выполнены из алюминиевых сплавов.

3. Конструкционная панель по п.1, отличающаяся тем, что верхняя и нижняя обшивки и все перегородки выполнены из стеклопластика.

4. Конструкционная панель по п.1, отличающаяся тем, что верхняя и нижняя обшивки выполнены из алюминиевых сплавов, а перегородки из стеклопластика.

5. Конструкционная панель по п.1, отличающаяся тем, что верхняя и нижняя обшивки выполнены из стеклопластика, а перегородки из алюминиевых сплавов.

6. Конструкционная панель по п.1, отличающаяся тем, что перегородки имеют переменное по высоте сечение.

7. Конструкционная панель по п.1, отличающаяся тем, что, по крайней мере, часть перегородок имеет угол наклона по отношению к обшивке.

8. Конструкционная панель по п.1, отличающаяся тем, что облегченные полые сферы выполнены из стекла.

9. Конструкционная панель по п.1, отличающаяся тем, что облегченные полые сферы выполнены из фарфора или керамики.