Стільниковий вуглепластиковий заповнювач

Реферат: Стільниковий вуглепластиковий заповнювач з гексагональною формою стільникової чарунки, стінка якої містить не менше двох шарів, просочених зв'язуючим односпрямованих вуглецевих волокон, орієнтованих під кутом ± 45° щодо осі стільникової чарунки. Стінка стільникових чарунок містить 2n (n1) таких шарів у відповідності до заданого значення її товщини, крім того, в двох серединних шарах у здвоєних гранях стільникової чарунки, а при парних значеннях n і у її стінці, односпрямовані вуглецеві волокна мають однакову орієнтацію, при цьому в інших суміжних шарах вони орієнтовані під кутом 90° один щодо одного. UA 74451 U (12) UA 74451 U UA 74451 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі виробництва стільникових заповнювачів для панелей та оболонок, що застосовуються в різних галузях промисловості (авіаційній, ракетно-космічній, суднобудівній, радіотехнічній, вітроенергетичній, автомобільній та інших). Стільникові конструкції добре відомі і широко використовуються в багатьох випадках, коли потрібні висока міцність і мала вага матеріалу, особливо для авіаційних і космічних виробів. Основною тенденцією сучасного розвитку даного напрямку техніки є створення надміцних і розміро-формостабільних стільникових заповнювачів на основі вуглецевих волокон, які забезпечують переоснащення новими виробами провідних галузей промисловості. При цьому стільникові заповнювачі повинні мати оптимальні для умов експлуатації фізико-механічні параметри, високу жорсткість і розміро-формостабільність. Відомий композиційний стільниковий заповнювач (патент США № 5567500, МПК В29С70/08, 1996), стінки чарунок якого виконані з композиційного матеріалу, сформованого на основі зв'язуючого і трьох армуючих шарів, що містять безліч вуглецевих волокон, односпрямованих в межах кожного шару. При цьому орієнтація вуглецевих волокон відносно осі стільникової чарунки в першому, другому і третьому шарі відрізняється один від одного. Недоліком відомого стільникового заповнювача є недостатня жорсткість на зсув та низька розміро-формостабільність. Відомий композиційний стільниковий заповнювач (патент США №5981025, МПК B31D3/12, 1999), стінки чарунок якого виконані з композиційного матеріалу, сформованого на основі зв'язуючого та двох шарів, які містять безліч вуглецевих волокон, розташованих односпрямовано в межах кожного шару. Вибір різних кутів орієнтації волокон відносно осі стільникової чарунки дозволяє оптимізувати експлуатаційні характеристики стільникового заповнювача. Недоліком відомого стільникового заповнювача є низька розміро-формостабільність і недостатня жорсткість на зсув. Відомий, вибраний як прототип, стільниковий заповнювач (патент WO9510411, МПК В29С70/08, В32ВЗ/12, 1995), стінки стільникових чарунок якого містять три шари односпрямованих вуглецевих волокон, просочених зв'язуючим. При цьому в двох шарах вуглепластикові волокна розташовані під кутами ± 45° щодо осі стільникової чарунки. Недоліком відомого стільникового заповнювача є недостатня розміро-формостабільність та жорсткість на зсув. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення конструкції стільникового вуглепластикового заповнювача на основі оптимізації структури армування стінки стільникових чарунок шляхом формування її з 2n (n1) шарів односпрямованих вуглецевих волокон, орієнтованих під кутом ± 45° щодо осі стільникової чарунки і під кутом 90° або 0° щодо волокон в суміжних шарах, що забезпечує підвищення жорсткості на зсув та розміро-формостабільності стільникового заповнювача. Поставлена задача вирішується тим, що у стільниковому вуглепластиковому заповнювачі з гексагональною формою стільникових чарунок, стінка яких містить не менше двох шарів просочених зв'язуючим односпрямованих вуглецевих волокон, орієнтованих під кутом ± 45° щодо осі стільникової чарунки, згідно з корисною моделлю, стінка стільникових чарунок містить 2n (n1) таких шарів у відповідності до заданого значення її товщини, крім того, в двох серединних шарах у здвоєних гранях стільникової чарунки, а при парних значеннях n і у її стінці, односпрямовані вуглецеві волокна мають однакову орієнтацію, при цьому в інших суміжних шарах вони орієнтовані під кутом 90° один щодо одного. Крім того, заповнювач містить парну кількість рядів стільникових чарунок. Заявлений стільниковий вуглепластиковий заповнювач має високу жорсткість на зсув та розміро- формостабільність, внаслідок того, що він містить парну кількість рядів стільникових чарунок, стінки яких виконанні з 2n (n1) шарів односпрямованих вуглепластикових волокон, просочених зв'язуючим та орієнтованих під кутом ±45° щодо осі стільникової чарунки, та під кутом 90° або 0° щодо суміжних шарів. Причинно-наслідковий зв'язок між суттєвими ознаками корисної моделі і отриманим технічним результатом, реалізується наступним чином. Стільникові наповнювачі на основі вуглецевих волокон мають максимальні показники міцності і жорсткості при зсуві (Сотовые заполнители в конструкциях авиационно-космического назначения. Сливинский В.И., Зевако В.С., Ткаченко Г.В., Карпикова О.А.// Космічна наука і технологія. – 2008. - Т.14. - №3. - С.101-102). Експериментально було встановлено, що формування стінки стільникової чарунки з 2n (n>1) шарів односпрямованих вуглецевих волокон, орієнтованих під кутом ± 45° щодо її осі і під кутом 90° щодо волокон суміжних шарів, при однаковій орієнтації їх у серединних шарах здвоєних 1 UA 74451 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 граней стільникових чарунок, дозволяє збільшити модуль пружності зсуву стільникового заповнювача, що характеризує підвищення його жорсткості на зсув і розміроформостабільності. При загальній кількості 2 n шарів, відповідної парним значенням n, орієнтація в двох серединних шарах стінки стільникових чарунок односпрямованих вуглецевих волокон під однаковим кутом створює симетричне розташування шарів з однаковою орієнтацією волокон відносно серединної площині стінки, що збалансовує фізико-механічні характеристики усіх чарунок і, як наслідок, дозволяє забезпечити додаткове підвищення розміро-формостабільності стільникового заповнювача у цілому. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де зображені: на фіг. 1 - загальний вигляд фрагмента стільникового вуглепластикового заповнювача; на фіг. 2,3 - схема розташування шарів односпрямованих вуглецевих волокон в стінці стільникових чарунок при n=3, n=4, відповідно. Стільниковий вуглепластиковий заповнювач (фіг. 1), у якому стінки чарунок (фіг. 2, 3) містять шари односпрямованих вуглецевих волокон 1, 2 з орієнтацією +45°, -45° щодо осі чарунки, виготовляють таким чином. Спочатку здійснюють формування листів препрегу з заданої кількості шарів односпрямованих вуглецевих волокон, які викладають відповідно заявленої орієнтації, потім препреги опресовують, гофрують, та формують з них стільниковий блок шляхом адгезійного з'єднання та ствердження. Нижче наведено приклади практичної реалізації заявленої корисної моделі. Приклад 1 .Вуглепластиковий стільниковий заповнювач з гексагональною формою стільникової чарунки, стінка якої містить два шари (n=1) односпрямованих вуглецевих волокон у вигляді вуглецевої стрічки ЭЛУР-П-А товщиною 0,13 мм (ГОСТ 28006-88), яка просочена зв'язуючим ЭНФБ(ТУ 1-596-46-2009). Формування стінки стільникової чарунки здійснювали з листа препрегу, отриманого шляхом укладання та закоткування двох шарів вуглецевої стрічки з орієнтацією волокон під кутом +45°, 45° відносно осі препрегу. Після опресування препрегів при кімнатній температурі було виканоно їх гофрування та формування в стільниковий блок. При цьому, спочатку на дотичні поверхні препрегів наносили клей ВК-25 та укладали їх так, що орієнтація односпрямованих вуглецевих волокон на них співпадала. Після набору необхідної парної кількості рядів стільникових чарунок стільниковий блок затискають за допомогою зовнішнього притискного пристрою та формуючих елементів, які розташовували строго по осі кожної стільникової чарунки. Потім здійснюють отвердження стільникового блока у печі. Приклад 2.Стільниковий вуглепластиковий заповнювач з гексагональною формою стільникових чарунок, стінка яких містить чотири шари (n=2) односпрямованих вуглецевих волокон у вигляді вуглецевої нетканої стрічки, яка виготовлена зі джгута IMS-65, має товщину 20 мкм і просочена зв'язуючим ЭНФБ (ТУ 1-596-46-2009). Формування препрегу здійснюють накатуванням шарів вуглецевої стрічки, один на одний з орієнтацією волокон у шарах під кутом ο ο +45°,-45 ,-45 ,+45° щодо осі препрегу. Потім здійснюють опресування препрегів, гофрування препрегів, нанесення клею ВК-25 на їх дотичні поверхні, формування та отвердження стільникового блока аналогічно прикладу 1. Приклад 3. Стільниковий вуглепластиковий заповнювач з гексагональною формою стільникових чарунок, стінка яких містить чотири шари (n=2.) односпрямованих вуглецевих волокон у вигляді вуглецевої нетканої стрічки, яка виготовлена зі джгута IMS-65, має товщину 20 мкм і просочена зв'язуючим ЭНФБ (ТУ 1-596-46-2009). Формування препрегу здійснюють накатуванням шарів вуглецевої стрічки, один на одний з орієнтацією волокон у шарах під кутом +45°,-45°,-45°+45°, щодо осі препрегу. Потім здійснювали опресування препрегу, гофрування препрегу, формування та отвердження стільникового блока аналогічно прикладу 1. Результати експериментальних досліджень у вигляді усереднених питомих фізикомеханічних параметрів трьох серій дослідно-промислових зразків стільникових вуглепластикових заповнювачів наведено в таблиці. При цьому міцнісні характеристики заповнювача оцінювали по значеннях межі міцності при стисненні (стис), межа міцності при зсуві (зсув), а жорсткість по значеннях модулів пружності ( Gзсуву). Аналіз отриманих даних показав, що використання більшої кількості більш тонких шарів односпрямованих вуглецевих волокон (приклад 1, 2) забезпечило зменшення об'ємної маси стільникового заповнювача в 2,9 разу при збереженні значень його міцності та збільшенні жорсткості. Міцність стільникового заповнювача при стисненні та зсуві в плоскостях ΧΟΖ і ΥΟΖ збільшується (приклад 2,3) при підвищенні кількості шарів односпрямованих вуглецевих волокон з двох до чотирьох, не менше як на 8 %, а його жорсткість на зсув, яку визначають по 2 UA 74451 U значеннях модулів пружності зсуву в плоскостях ΧΟΖ і ΥΟΖ, також збільшувалась не менше, як на 10 %. Таблиця Усереднені питомі значення фізико-механічних характеристик № прикладу (кількість Об'ємна Матеріал  зсув.хоz /, шарів  маса, , зсув.уоz/, км Gзсув.хоz/, км Gзсув.уоz/, км вуглепластику км 3 товщина кг/м шару,мм) ЭЛУР-П-А + 117 6,25 3,8 630 358 1 (20,13) ЭНФБ IMS-65 + ЭНФБ 40 6,3 3,9 650 422 2 (40,02) IMS-65 + ЭНФБ 40 6,9 4,18 660 452 3 (40,02) 5 10 15  зсув.хоz - межа міцності при зсуві в площині XOZ; зсув.уоz - межа міцності при зсуві в площині YOZ; Gзсув.хоz - модуль пружності зсуву в площині XOZ; Gзсув.уоz - модуль пружності зсуву в площині YOZ. Розміро-формостабільність блоків стільникового заповнювача оцінювали після кліматичних випробувань візуально методом порівняння зі еталонним зразком, при цьому була встановлена відповідність їх розміро-формостабільності умовам експлуатації аерокосмічних виробів. Таким чином, заявлений стільниковий вуглепластиковий заповнювач має високу жорсткість на зсув і розміро-формостабільність, які відповідають умовам експлуатації аерокосмічних виробів. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 1. Стільниковий вуглепластиковий заповнювач з гексагональною формою стільникової чарунки, стінка якої містить не менше двох шарів, просочених зв'язуючим односпрямованих вуглецевих волокон, орієнтованих під кутом ± 45° щодо осі стільникової чарунки, який відрізняється тим, що стінка стільникових чарунок містить 2n (n1) таких шарів у відповідності до заданого значення її товщини, крім того, в двох серединних шарах у здвоєних гранях стільникової чарунки, а при парних значеннях n і у її стінці, односпрямовані вуглецеві волокна мають однакову орієнтацію, при цьому в інших суміжних шарах вони орієнтовані під кутом 90° один щодо одного. 2. Стільниковий вуглепластиковий заповнювач за п. 1, який відрізняється тим, що містить парну кількість рядів стільникових чарунок. 3 UA 74451 U 4 UA 74451 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5