Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ СОЗДАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ С ПОВЫШЕННЫМИ ДЕФОРМАЦИОННЫМИ СВОЙСТВАМИ

Изобретение относится к области конструкционных полимерных композиционных материалов на основе клеевых препрегов с волокнистым наполнителем из стеклоткани или углеродной ткани и может быть использовано в машиностроении, авиастроении, судостроении при производстве объемных изделий, например, корпусов машин и механизмов.

В последнее время объем применения клеевых препрегов расширяется. Препрег представляет собой термореактивную формовочную композицию, состоящую из армирующей ткани (волокна, ленты) и связующего, которая требует дальнейшего отверждения и перерабатывается в полимерный композиционный материал различными методами. Изделия из препрегов получают вручную или механизированным способом путем сборки заготовки с заданной схемой ориентации волокнистого наполнителя, которые затем формуют. В процессе формования происходит процесс отверждения связующего, которое из жидкого состояния переходит в твердое. После полного отверждения (этот процесс происходит в оснастке, в которой происходило формование), получают готовую деталь из полимерного композиционного материала.

Известен способ производства изделий с применением препреговой технологии заключающийся в нанесении на поверхность оснастки разделительного состава (гелькоута), послойно в соответствии с заданной схемой армирования выкладке раскроенных слоев препрега и последующем отверждении. (см. Баурова Н.И. Применение полимерных композиционных материалов при производстве и ремонте машин: учеб. пособие / Н.И. Баурова, В.А. Зорин. - М.: МАДИ, 2016. - 264 с.).

Недостатками известного способа является получение изделий из полимерных композиционных материалов с недостаточно высокими деформационными свойствами, такими как упругость и пластичность.

Достигаемым при использовании предлагаемого изобретения техническим результатом является обеспечение высоких деформационных свойств: упругости и пластичности при создании изделий из полимерных композиционных материалов на основе клеевых препрегов, содержащих не менее двух их слоев.

Технический результат достигается тем, что в способе создания изделий из полимерных композиционных материалов с повышенными деформационными свойствами, заключающемся в нанесении на поверхность оснастки разделительного состава (гелькоута), послойно в соответствии с заданной схемой армирования выкладке раскроенных слоев препрега и отверждении, между слоями клеевого препрега наносят высоковязкий анаэробный полимерный материал с минимальным отступом от края формы равным 20-22 мм точечно по заданной схеме, на замыкающий слой клеевого препрега в сборке укладывается жертвенный слой и устанавливается вакуумная трубка для подключения к вакуумному насосу. Сборку покрывают вакуумной пленкой, а по краю формы укладывают уплотнительную ленту, затем проводят отверждение под вакуумом в течение 2-24 часов при температуре 20-60°С.

Размещение между слоями клеевого препрега высоковязкого анаэробного полимерного материала с минимальным отступом от края формы равным 20-22 мм точечно по заданной схеме позволяет повысить деформационные свойства: упругость и пластичность изделия из ПКМ за счет наличия жидкой фазы (высоковязкого анаэробного полимерного материала) внутри твердой фазы (отвержденного клеевого препрега на основе волокнистого наполнителя из стеклоткани или углеродной ткани).

Величина отступа 20-22 мм выбрана из условия обеспечения монолитности края формуемого изделия (отсутствия пор в местах нанесения анаэробного материала и выхода высоковязкого анаэробного материала на кромки формируемого изделия из клеевого препрега)

Нанесение высоковязкого анаэробного полимерного материала точечно позволяет задавать зоны с повышенными деформационными свойствами в изделиях из ПКМ.

Схема армирования выбирается из условия обеспечения требуемых физико-механических свойств изделия из ПКМ и представляет собой относительное положение волокон в слоях клеевого препрега.

Количество слоев клеевого препрега в сборке не должно быть меньше двух, а максимальное количество слоев клеевого препрега в сборке определяется из условия обеспечения требуемых физико-механических свойств изделия из ПКМ и его толщины.

На замыкающий слой клеевого препрега в сборке укладывается жертвенный слой - это позволяет предотвратить загрязнения или повреждения поверхности клеевого препрега, обеспечения текстуры поверхности, не требующей специальной подготовки для дальнейшей работы, далее

Вакуумная трубка обеспечивает подключение к вакуумному насосу. Сборку покрывают вакуумной пленкой и по краю формы укладывают уплотнительную ленту затем проводят отверждение под вакуумом в течение 2-24 часов при температуре 20-60°С. Время и температура отверждения определяются в соответствии с требованиями к физико-механическим свойствам, приобретаемым изделием из ПКМ в процессе формования.

Предлагаемый способ позволяет обеспечить наличие жидкой фазы (высоковязкого анаэробного полимерного материала) внутри твердой фазы (отвержденного клеевого препрега на основе волокнистого наполнителя из стеклоткани или углеродной ткани), что существенно повышает деформационные свойства изделия.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом:

Предварительно подготовленная оснастка (из металла или силикона) покрывается разделительным составом (гелькоутом), после чего на нее вручную или механическим способом выкладывается первый слой клеевого препрега на основе тканного наполнителя из стеклоткани или углеродной ткани, далее на поверхность первого слоя выложенного на оснастку клеевого препрега точечно с минимальным отступом от края формы равным 20 мм по заданной схеме наносится высоковязкий анаэробный полимерный материал с последующей выкладкой на него второго слоя клеевого препрега на основе стеклоткани или углеродной ткани. При необходимости количество слоев клеевого препрега на основе стеклоткани или углеродной ткани с точечно нанесенным между ними высоковязким анаэробным полимерным материалом может быть увеличено с целью достижения заданных геометрических или прочностных свойств. На поверхность замыкающего слоя клеевого препрега высоковязкий анаэробный полимерный материал не наносится. На замыкающий слой клеевого препрега укладывается жертвенный слой, трубка для подключения к вакуумному насосу, и вакуумная пленка для формирования вакуумного мешка (при использовании некоторых видов препрегов на поверхность замыкающего слоя может быть уложена перфорированная пленка и слой впитывающего материала). В заключение но краю формы укладывается уплотнительная лента

Отверждение получаемых полимерных композиционных материалов на основе клеевых препрегов по предложенному способу осуществляется под действием вакуума при температуре от 20 до 60°С за время от 2 до 24 часов в зависимости от заданных прочностных характеристик готового изделия.

Предлагаемое изобретение далее поясняется примерами.

Пример 1

Примером реализации способа является изготовление защиты картера двигателя внутреннего сгорания автомобиля LADA Kalina. Перед началом выкладки вакуумного мешка необходимо подготовить оснастку (из металла или силикона), имеющую форму изготавливаемой защиты картера двигателя внутреннего сгорания и покрыть ее разделительным слоем (гелькоутом). Далее вручную или механизированным способом выполняется укладка на подготовленную оснастку первого слоя клеевого препрега из углеродной ткани, после чего на его поверхность по нитям основания по заданной схеме точечно наносится высоковязкий анаэробный полимерный материал. Расстояние от края формы до первой точки высоковязкого анаэробного полимерного материала должно составлять не менее 20 мм. На поверхность клеевого препрега с точечно нанесенным высоковязким анаэробным полимерным материалом укладывается второй слой клеевого препрега из углеродной ткани с последующим точечным нанесением на его поверхность высоковязкого анаэробного материала по нитям основания по заданной схеме. На поверхность второго слоя клеевого препрега с точечно нанесенным высоковязким анаэробным полимерным материалом укладывается третий слой клеевого препрега из углеродной ткани с последующим точечным нанесением на его поверхность высоковязкого анаэробного материала по нитям основания по заданной схеме. На поверхность третьего слоя клеевого препрега с точечно нанесенным высоковязким анаэробным полимерным материалом укладывается четвертый замыкающий слой клеевого препрега из углеродной ткани. Количество слоев клеевого препрега не должно быть меньше двух и может быть увеличено в зависимости от требований, предъявляемых к геометрическим и прочностным свойствам защиты картера двигателя внутреннего сгорания, изготовленной из полимерных композиционных материалов. На поверхность замыкающего слоя клеевого препрега укладывается жертвенный слой, на который укладывается трубка для подключения к вакуумному насосу и вакуумная пленка и формируется вакуумный мешок. По краю формы укладывается уплотнительная лента. Отверждение заготовки защиты картера двигателя внутреннего сгорания из полимерного композиционного материала с повышенными деформационными свойствами на основе клеевого препрега осуществляется под вакуумом при температуре 60°С в течение 2 часов.

В зависимости от схемы нанесения и количества высоковязкого анаэробного материала деформационные свойства получаемого данным способом изделия из ПКМ повышаются на 30-70%.

Пример 2

Примером реализации способа является изготовление демпфирующего элемента (бампера). Перед началом выкладки вакуумного мешка необходимо подготовить оснастку, имеющую форму изготавливаемого демпфирующего элемента и покрыть ее разделительным слоем (гелькоутом). Далее вручную или механизированным способом выполняется укладка на подготовленную оснастку первого слоя клеевого препрега из стеклоткани, после чего на его поверхность по нитям основания по заданной схеме точечно наносится высоковязкий анаэробный полимерный материал. Расстояние от края формы до первой точки высоковязкого анаэробного полимерного материала должно составлять не менее 20 мм. На поверхность клеевого препрега с точечно нанесенным высоковязким анаэробным полимерным материалом укладывается замыкающий слой клеевого препрега из стеклоткани. Количество слоев клеевого препрега не должно быть меньше двух и может быть увеличено в зависимости от требований, предъявляемых к геометрическим и прочностным характеристикам демпфирующего элемента (бампера), изготовленного из полимерных композиционных материалов. На поверхность замыкающего слоя клеевого препрега укладывается жертвенный слой, на который укладывается трубка для подключения к вакуумному насосу и вакуумная пленка и формируется вакуумный мешок. По краю формы укладывается уплотнительная лента. Отверждение заготовки демпфирующего элемента (бампера) из полимерного композиционного материала с повышенными деформационными свойствами на основе клеевого препрега осуществляется под вакуумом при температуре 20°С в течение 6-24 часов в зависимости от марки препрега.

В зависимости от схемы нанесения и количества высоковязкого анаэробного материала деформационные свойства получаемого данным способом изделия из ПКМ повышаются на 30-70%.

Таким образом, преимуществами данного способа является создание изделий из полимерных композиционных материалов с повышенными деформационными свойствами: упругостью и пластичностью за счет точечно нанесенного высоковязкого анаэробного полимерного материала между слоями клеевого препрега на основе волокнистого наполнителя из стеклоткани или углеродной ткани с последующим отверждением под вакуумом при температуре 20-60°С в течение 2-24 часов.