Результат интеллектуальной деятельности: Способ изготовления армированной волокнами композиционной структуры

Изобретение относится к способам изготовления высоконагруженных конструкций из полимерных композиционных материалов и может применяться в области авиастроения и космической техники, а также в судостроении и др.

Аналогом изобретения является патент US 7585448B2, опубл. 03.03.2008.

Способ последовательно включает размещение композитной преформы на оснастке, расположение входного и выходного каналов в непосредственной близости к преформе, укладку вспомогательных материалов на преформу и размещение входного канала над преформой. Способ также включает обмотку входного канала слоем средства распределения связующего, размещение вакуумного мешка поверх преформы, входного и выходного каналов таким образом, чтобы входной канал фиксировался в складке, образованной в вакуумном мешке, а преформа была упакована в вакуумный мешок.

Недостатком известного изобретения является большая материалоемкость осуществления способа за счет использования большего количества вспомогательных материалов, необходимых для фиксации входного канала в складке вакуумного мешка и связующего, пропитывающего не только преформу, но и материал, расположенный в складке между входным каналом и преформой.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ формования армированной волокном составной конструкции US 7147818, опубл. 12.12.2006 - прототип.

Способ заключается в следующем. Преформу размещают на оснастке, устанавливают входной и выходной каналы под вакуумным мешком, которые соединены между собой переходным каналом. После того, как смола полностью пропитала заготовку в ходе вакуумного процесса, источник подачи связующего – входной канал закрывают, а переходной канал открывают. Входной канал при этом используется в качестве вакуумного источника для удаления излишков связующего со стороны его подачи. После выравнивания давлений по преформе в зоне входного и выходного каналов перекрывают выходной канал, а пропитанная связующим преформа отверждается и извлекается из оснастки.

Недостатком данного способа является использование дополнительной оснастки для его осуществления, а именно резервуара для удаления излишков связующего, а также увеличение материалоемкости процесса вследствие расхода повышенного объема связующего для пропитки изделий и энергозатратность способа, требующего работы вакуумного оборудования как на стадии первичной пропитки, так и для выравнивания давлений по преформе.

Задачей настоящего изобретения является снижение материалоемкости способа изготовления деталей из композитного материала за счет сокращения расхода связующего его энергозатратности вследствие отключения вакуум-насоса на стадии выравнивания давления по преформе.

Поставленная задача решается следующим образом.

Способ изготовления армированной волокнами композиционной структуры, включающий размещение сухой композиционной преформы на формующем элементе оснастки и упаковку их в вакуумный мешок с размещенными в нем входным каналом для поступления связующего и выходным каналом, соединенными вне вакуумного мешка переходным каналом, перекрытие переходного канала, подключение выходного канала к вакуум-насосу и подачу связующего в вакуумный мешок через входной канал, пропитку преформы связующим, открытие переходного канала после перекрытия входного канала, выравнивание давлений в преформе на участках входного и выходного каналов, отключение вакуум насоса, отверждение пропитанной связующим преформы и извлечение композиционной структуры из вакуумного мешка, отличающийся тем, что отключение вакуум-насоса проводят одновременно с перекрытием входного и выходного каналов.

Открытие переходного канала, связывающего входной канал для поступления связующего с выходным каналом, одновременно с перекрытием выходного канала позволяет снизить количество связующего, необходимого для пропитки преформы, а также отключить вакуум-насос сразу после перекрытия подачи связующего.

Предлагаемый способ изготовления исключает необходимость использования ловушки для излишков связующего, сокращает количество связующего, необходимого для пропитки преформы, понижает материалоемкость изготовления композиционной структуры. Это позволяет уменьшить расход электроэнергии за счет отключения вакуум-насоса одновременно с перекрытием подачи связующего.

На фиг.1 изображена схема пропитки прямым ходом.

На фиг.2 изображена схема пропитки обратным ходом.

Способ изготовления армированной волокнами композиционной структуры заключается в выкладке сухой композиционной преформы 1 на формующем элементе 2 оснастки. Размещение входного канала 3 с зажимом перекрытия 4 для подачи связующего и выходного канала 5 с зажимом перекрытия 6. Входной 3 и выходной 5 каналы связаны между собой переходным каналом 7, имеющим зажим перекрытия 8. В ходе пропитки зажимы перекрытия 4 и 6 не задействованы, зажим 8 перекрывает переходной канал. За счет работы вакуум-насоса 9 связующее 10 из резервуара 11 поступает по входному каналу 3 к преформе 1 и продвигается по ней фронтом 12, пропитывая преформу в направлении к выходному каналу 5 (на рисунке Фиг. 1 указано стрелками), увеличивая зону пропитки 13 преформы 1. После окончания пропитки, когда связующее достигает края преформы 1, расположенного возле выходного канала 5, зажимы 4 и 6 перекрывают каналы с одновременным выключением вакуумного насоса, зажим 8 открывает переходной канал 7, связующее 10 за счет перепада давлений между входным и выходным каналами перемещается в обратную сторону (указано стрелками на Фиг. 2) до момента выравнивания давлений. Производится отверждение пропитанной связующим преформы и извлечение композиционной структуры из вакуумного мешка.

Пример.

Сухую композиционную преформу, полученную из десяти слоев углеродной ткани арт. 03692, выложили на плоской оснастке. С одной стороны преформы разместили входной канал, с противоположной – выходной канал и соединили их между собой переходным каналом. Каналы выполнены из полиэтиленовой трубки 5K2RIM90-2 и снабжены регулируемыми зажимами Resin line Clamp, при этом входной и выходной каналы открыты, переходной канал перекрыт зажимом. Преформу упаковали в вакуумный мешок и подключили к вакуум-насосу через выходной канал. После пропитки преформы связующим ARALDITE/ARALDUR 8615 через входной канал входной и выходной каналы перекрывали с помощью зажимов, отключали вакуумный насос, а переходной канал открывали. После выравнивания давления на в пропитанной преформе в зонах входного и выходного каналов, ее отверждали и извлекали полученную композиционную структуру из вакуумного мешка.

Использование изобретения позволяет снизить материалоемкость и энергозатратность процесса изготовления композиционной структуры, что ведет к удешевлению способа изготовления деталей из полимерного композиционного материала.