Слоистое изделие с гофрированным заполнителем из волокнистого пластика и способ его изготовления
Изобретение относится к изготовлению многослойного изделия из термореактивного пластика с волокнистым заполнителем в виде прямоугольного гофра, полученного прессованием, и может быть использовано в авиа- и судостроении при изготовлении панелей интерьеров, перегородок и т.д. Слоистое изделие содержит верхнюю и нижнюю параллельно расположенные обшивки и заполнитель, выполненные из волокнистого наполнителя, пропитанного полимерным связующим. Заполнитель выполнен в виде ряда сдвоенных гофров прямоугольной формы. Гофры склеены внутри каждого ряда между собой по вертикальным касательным стенкам совмещенных гофр. Гофры жестко соединены с обшивками по плоскостям их верхушек клеевым соединением. Способ изготовления слоистого изделия включает изготовление верхней и нижней обшивок и гофрированного заполнителя. Затем присоединяют гофрированный заполнитель к обшивке путем прессования с образованием клеевого соединения по плоскостям верхушек гофров. Заполнитель формируют прессованием поэтапно. Вначале изготавливают два открытых полугофра с гофрами треугольной формы одинаковой высоты и толщины и с двумя последовательно чередующимися шагами гофрирования. Затем каждый полугофр прессуют в пресс-форме с пазами под гофры прямоугольной формы с высотой гофра, равной длине ребра треугольного гофра, с двумя последовательно чередующимися шагами гофрирования, соответственно равными по величине шагам гофрирования открытого полугофра. Прессование осуществляют одновременно с верхней или нижней обшивкой до образования соответственно верхней или нижней полупанели. После этого выступы гофров верхней полупанели, смещенные относительно гофров нижней полупанели на любой из двух шагов гофрирования, совмещают в одной плоскости с соответствующими впадинами гофров нижней полупанели до упора, при этом образуют жесткое клеевое соединение по плоскостям касания вертикальных стенок совмещенных гофров. Для этого разность двух чередующихся величин шагов гофрирования делают равной двукратной толщине стенки гофра. Изобретение позволяет получать изделия с высокой удельной жесткостью, расширяет номенклатуру изготавливаемых изделий и снижает себестоимость их изготовления. 2 с. и 2 з.п-ф-лы, 6 ил.
Изобретения относятся к изготовлению многослойного изделия из термореактивного пластика с волокнистым заполнителем в виде прямоугольного гофра, полученного прессованием, и могут быть использованы в авиа- и судостроении при изготовлении панелей интерьеров, перегородок и т.д.
Известно изделие из ленточного полимера с гофром треугольной формы, которое может быть заполнителем слоистых конструкций, имеющих высокую прочность [ав. св. СССР N 656484, кл. B 29 C 53/24, 1979] - [1]. Недостатком многослойного изделия с таким заполнителем является его большая удельная масса и вследствие этого невысокая удельная жесткость (отношение площади панели, обеспечивающей заданную жесткость, к ее массе). Изделие с гофрированным заполнителем такой конструкции неприменимо к использованию в самолетостроении, где применимы достаточно жесткие при легкой массе (то есть с большей удельной жесткостью) композиционные материалы с термореактивными связующими. Кроме вышеуказанного недостатком известного гофрированного заполнителя и изделия из него является их высокая себестоимость из-за высокой стоимости оборудования для изготовления заполнителя. Способ изготовления этого гофрированного изделия из ленточного полимерного материала заключается в нагреве заготовки до размягченного состояния, образовании гофр путем механического введения заготовки в свободном состоянии в последовательно расположенные полости в одну за другой с последующим вакуумированием заготовок [1]. Недостатком этого способа изготовления гофрированного изделия является невозможность использования композиционных материалов с термореактивными связующими, применяемыми в самолетостроении для изготовления изделий с высокой удельной жесткостью. Стоимость применяемого оборудования по этому способу очень высока, что приводит к высокой стоимости подготовки производства. Известна конструкция многослойных панелей, оболочек с усиленным гофрированным заполнителем, которая включает поперечно-гофрированное полотно, дублированное с подложкой, из которой образованы связи, с образованием заготовки среднего слоя, соединенной клеевым соединением с обшивками [ав. св. СССР N 1785914, B 32 B 3/28, 1993] - [2]. Недостатком этой конструкции является ее неприменимость для изготовления многослойных панелей из волокнистых заполнителей с малой (менее 10 мм) высотой и малым (менее 10 мм) шагом ребер, которые широко применяются в авиации. Помимо этого себестоимость изготовления данной конструкции многослойной панели очень высока из-за большого количества оснастки и большой трудоемкости изготовления связей, усиливающих прочность заполнителя. Способ изготовления вышеописанных панелей с усиленным гофрированным заполнителем заключается в дублировании поперечно-гофрированного полотна с подложкой, из которой образуют заготовки связей, путем нанесения на ней линий изгиба и прорезки подложки между гофрами по П-образному контуру с ориентацией боковых сторон контура вдоль гофр, после чего их вводят между стенками гофр полотна и скрепляют с ними; полученная заготовка склеивается с наружными несущими слоями. Введение связей между стенками гофр осуществляют путем отгиба заготовок внутрь гофра [2]. Недостатком этого способа является невозможность применения этого способа при изготовлении панелей с волокнистым заполнителем с малой (менее 10 мм) высотой и с малым (менее 10 мм) шагом ребер, широко применяемых в самолетостроении. Кроме этого стоимость изготовления данным способом высокая из-за большого количества оснастки и высокой трудоемкости изготовления связей. Наиболее близким техническим решением (прототипом) к заявляемой конструкции слоистого изделия является многослойное изделие из пластика с гофрированным заполнителем в виде трапеции в поперечном сечении, который соединен с верхней и нижней обшивками механическими скобами и клеевым соединением. Материалом этой конструкции может быть волокнистый наполнитель, пропитанный полимерным связующим [ав. св. СССР N 642196, кл. B 29 D 9/00, 1979] - [3]. Недостатком прототипа является невозможность формирования такой конструкции при малых размерах панелей (с заполнителем, ребро гофра которого высотой менее 10 мм и шаг гофрирования менее 10 мм). Также прототип имеет высокую удельную массу, так как для получения достаточной жесткости панели при большом шаге гофрирования потребуется увеличить толщину обшивки и стенок гофра, и она составит у прототипа не менее 1 мм, то есть конструкция прототипа имеет невысокую удельную жесткость. Кроме этого декоративный вид панели портят скобы. Себестоимость слоистого изделия высока из-за высокой стоимости его изготовления, что обусловлено значительной трудоемкостью сшивания заполнителя и обшивки скобами. Наиболее близким техническим решением к заявляемому способу, его прототипом, является способ изготовления слоистых конструкций по [3]. Способ изготовления данного многослойного изделия включает в себя следующие операции: изготовление гофрированного заполнителя любым из известных способов, установка его в обшивку, механическое сшивание скобами обшивки с заполнителем, подпрессовка обшивки с гофром изнутри с образованием клеемеханического соединения [3]. Способ-прототип применим для используемых в авиастроении композиционных материалов с термореактивными связующими. Недостатком прототипа-способа является невозможность формования этим способом панелей малых размеров (с высотой ребра гофра заполнителя менее 10 мм и шаге гофрирования менее 10 мм), а изготавливаемые этим способом панели больших размеров имеют высокую удельную массу из-за невозможности получения обшивки панелей тоньше 1 мм при большом шаге гофрирования без потери ее жесткости. Следовательно, способ-прототип не обеспечит изготовление панелей с высокой удельной жесткостью. Операция по сшиванию заполнителя и обшивки скобами увеличивает трудоемкость изготовления изделия способом-прототипом, а скобы ухудшают декоративный вид панели. Для опрессовки изделия изнутри требуется применение для этой цели специализированного оборудования, что удорожает себестоимость способа. Технической задачей, решаемой изобретениями на слоистое изделие и способ его изготовления, является устранение вышеуказанных недостатков, то есть получение изделия с высокой удельной жесткостью, расширение номенклатуры изготовляемых изделий и снижение себестоимости их изготовлении. Технические результаты, получаемые в результате решения изобретения на слоистое изделие с гофрированным заполнителем - это: - получение высокой жесткости панели, обеспеченной высокой прочностью композиционного материала (волокнистого наполнителя, пропитанного полимерным связующим); - получение слоистого изделия любого размера, в том числе с высотой ребер гофров заполнителя менее 10 мм и шаге гофрирования менее 10 мм; - получение обшивки весьма малой толщины (0,3 мм), то есть получение слоистого изделия с малой удельной массой; - устранение скоб, сшивающих обшивку с заполнителем, и получение гладкой поверхности изделия. Эти технические результаты достигаются тем, что в известном слоистом изделии, содержащем верхнюю и нижнюю параллельно расположенные обшивки, заполнитель, выполненный, как и обшивки, из волокнистого наполнителя, пропитанного полимерным связующим и изготовленного в виде гофра, жестко соединенного с обшивками по плоскостям его верхушек клеевым соединением, в нем согласно изобретению на слоистое изделие, заполнитель выполнен в виде ряда сдвоенных гофров прямоугольной формы, склеенных внутри каждого ряда между собой по вертикальным касательным стенкам совмещенных гофр. Кроме того, такие технические результаты, как: - повышение жесткости слоистого изделия; - получение слоистого изделия любых габаритов с гофрами заполнителя любых размеров; - снижение удельной массы изделия, достигаются за счет того, что заполнитель может состоять из двух или более рядов сдвоенных гофров, каждый ряд которых размещен между двумя параллельными обшивками, примыкающие плоскости которых склеены, при этом плоскость ребер гофров каждого ряда заполнителя ориентирована по отношению к плоскости ребер гофров любого другого ряда под углом от 0o до 90o, а высота гофров разных рядов заполнителя одинакова и/или различна по величине. Технические результаты, получаемые в результате решения изобретения на способ изготовления слоистого изделия - это: - получение панелей с высокой жесткостью, обеспеченной высокой прочностью применяемого материала (волокнистого наполнителя, пропитанного полимерным связующим); - получение слоистого изделия любого размера, в том числе с высотой ребер гофров заполнителя менее 10 мм и шаге гофрирования менее 10 мм;- получение обшивки весьма малой толщины (0,3 мм), то есть получение слоистого изделия с малой удельной массой;
- устранение операции опрессовки изделия изнутри его и исключение тем самым специализированного оборудования для этого;
- устранение операции сшивания заполнителя с обшивкой скобами и, тем самым, исключение оборудования для этого;
- получение гладкой поверхности изделия. Эти технические результаты достигаются тем, что в известном способе изготовления слоистого изделия, включающем изготовление верхней, нижней обшивок и гофрированного заполнителя из волокнистого наполнителя, пропитанного полимерным связующим, присоединение гофрированного заполнителя к обшивке путем прессования с образованием клеевого соединения по плоскостям верхушек гофров, в нем, согласно изобретению на способ изготовления слоистого изделия, заполнитель формируют прессованием поэтапно, вначале изготавливают два открытых полугофра с гофрами треугольной формы одинаковой высоты и толщины и с двумя последовательно чередующимися шагами гофрирования, затем каждый полугофр прессуют в пресс-форме с пазами под гофры прямоугольной формы с высотой гофра, равной длине ребра треугольного гофра, с двумя последовательно чередующимися шагами гофрирования, соответственно равными по величине шагам гофрирования открытого полугофра, одновременно с верхней или нижней обшивкой до образования соответственно верхней или нижней полупанели, после чего выступы гофров верхней полупанели, смещенные относительно гофров нижней полупанели на любой из двух упомянутых по величине шагов гофрирования, совмещают в одной плоскости с соответствующими впадинами гофров нижней полупанели до упора с образованием жесткого клеевого соединения по плоскостям касания вертикальных стенок совмещенных гофров, для чего разность двух чередующихся величин шагов гофрирования делают равной двукратной толщине стенки гофра. Кроме того, такие технические результаты, как:
- повышение жесткости слоистого изделия;
- получение слоистого изделия любых габаритов с гофрами заполнителя любых размеров;
- снижение удельной массы изделия,
достигаются и за счет того, что слоистое изделие могут формировать путем прессования многослойным из 2n параллельно расположенных полупанелей с различной и/или одинаковой высотой ребра ряда сдвоенных гофров каждой пары полупанелей, размещая перед этим каждую пару полупанелей относительно смежной пары так, чтобы плоскость ребер гофров каждой пары полупанелей, образующей ряд сдвоенных гофров, была ориентирована относительно другого ряда любой другой пары полупанелей под углом от 0o до 90o, и совмещая затем нижнюю обшивку верхней пары полупанелей с верхней обшивкой нижней примыкающей пары полупанелей до упора с образованием жесткого клеевого соединения по плоскостям соответствующих примыкающих обшивок, после чего слоистое изделие, при необходимости, обрезают по торцам обшивок, где n = 2,3,4.... и т.д. На фиг. 1 представлено слоистое (трехслойное) изделие, изготовленное из одной пары полупанелей, поперечный разрез; для наглядности нижняя полупанель закрашена в черный цвет;
на фиг. 2 - открытый полугофр - изделие первого этапа формирования слоистого изделия с гофрированным заполнителем заявленным способом;
на фиг. 3 - полупанель - изделие второго этапа формирования слоистого изделия;
на фиг. 4 - многослойное слоистое (пятислойное) изделие, изготовленное из шести полупанелей (трех пар) с углами
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
на фиг. 5 - многослойное слоистое (пятислойное) изделие, изготовленное из шести полупанелей (трех пар) с углами
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
на фиг. 6 - многослойное слоистое (пятислойное) изделие, изготовленное из шести полупанелей (трех пар) с углами
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6