PL224567B1 - Sposób wytwarzania kompozytu o osnowie polimerowej zbrojonego w sposób ciągły - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania kompozytu o osnowie polimerowej zbrojonego w sposób ciągły metalowymi belkowymi strukturami przestrzennymi znajdujący zastosowanie w aplikacjach wymagających ciągłego materiału, niskiej masy oraz jednocześnie ich wysokiej wytrz ymałości.

Z chińskiego zgłoszenia patentowego nr CN102909908, znany jest sposób wytwarzania kompozytów tłumiących, składających się z metalowego piramidalnego zbrojenia o budowie przekładkowej, w osnowie żywicy epoksydowej. Metalowa struktura piramidalna jest zalewana w tej metodzie płynną żywicą epoksydową, w celu otrzymania kanapkowej struktury izolującej wibracje.

Z polskiego opisu patentowego nr PL190605 znany jest sposób wytwarzania kompozytu o osnowie metalicznej, odlewanego razem z cząstkami w formie brykietu zawierającego węgiel lub bor, oraz metale z grupy tytan, cyrkon, hafn, wanad, niob, tantal, chrom, molibden, wolfram, aluminium lub metale ziem rzadkich, a także wypełniacz, będący proszkiem metalu identycznego jak osnowa syntetyzowanego kompozytu. Tak przygotowany materiał osnowy na bazie aluminium, magnezu, miedzi lub ich stopów, wraz z dodatkami poddaje się odlewaniu.

Natomiast polskie zgłoszenie patentowe nr P390252 dotyczy sposobu wytwarzania odlewanego kompozytu metalowego, składającego się z proszku metalowego o innym oporze niż ciekły metal osnowy w który wprowadza się cząsteczki zbrojenia. Ciekła zawiesina odlewana jest do formy z materiału nie przewodzącego a następnie poddawana jest działaniu zmiennego pola elektromagnetyczn ego, działającego na cząsteczki w zawiesinie i zagęszczającego je w sposób zmienny, odpowiadający gęstości wytworzonego pola magnetycznego.

Z japońskiego zgłoszenia patentowego nr JP2008126312 znany jest sposób wytwarzania kompozytu metalowego, poprzez zalewanie trójwymiarowej struktury rusztowania, w ceramicznej formie stopem metali lekkich, otrzymując budowę pasmową.

Istotą wynalazku jest sposób wytwarzania kompozytu o osnowie polimerowej zbrojonego w sposób ciągły, który polega na tym, że uprzednio przygotowane w technologii przyrostowej trójw ymiarowe zbrojenie o otwartej porowatości ze stopów metali na bazie tytanu i żelaza zalewa się tworzywem sztucznym, korzystnie żywicami epoksydowym w uprzednio przygotowanej formie silikonowej w wyniku czego otrzymuje się kompozyt z regularnym zbrojeniem metalowym o osnowie polimerowej.

Korzystnie stosuje się formę silikonową, która wykorzystywana jest do wykonania modelu geometrii wyrobu finalnego wykonanego z kompozytu, poprzez zalanie bryły przedmiotu silikonem i następnie wypełnienie tak powstałej formy tworzywem sztucznym po wcześniejszym umieszczeniu wewnątrz zbrojenia kompozytu.

Korzystnie stosuje się zbrojenie o porowatości powyżej 50% ukierunkowane na uzyskanie małych gęstości otrzymanego kompozytu.

Korzystnie stosuje się zbrojenie o porowatości od 20 do 50% ukierunkowane na uzyskanie optymalnego stosunku gęstości do wytrzymałości otrzymanego kompozytu.

Korzystnie stosuje się zbrojenie o porowatości poniżej 20% ukierunkowane na uzyskanie wysokiej wytrzymałości, odporności na ścieranie, odporności korozyjnej oraz odporności termicznej.

Zaletą kompozytu o osnowie z tworzywa sztucznego zbrojonego w sposób ciągły według wyn alazku jest otrzymywanie lekkich polimerowych kompozytów zbrojonych w sposób regularny, ciągły i ustrukturyzowany poprzez wprowadzenie do polimerowej osnowy zbrojenia w formie regularnej przestrzennej struktury belkowej. Zbrojenie kompozytu z wysokowytrzymałego stopu, podnosi wytrzym ałość tak przygotowanego materiału kompozytowego, a osnowa z tworzywa sztucznego o niskiej gęstości dodatkowo zabezpiecza jego charakterystyki udarnościowe i zmęczeniowe, oraz zabezpiecza strukturę przed działaniem możliwych czynników korozyjnych. W wyniku procesu projektowania i w ytwarzania możliwe jest otrzymanie struktur o zadanej porowatości, oraz dopasowanych właściwościach mechanicznych, odporności korozyjnej, chemicznej oraz odporności na zużycie ścierne w zależności do przeznaczenia.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładach wykonania oraz na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia etapy sposobu wytwarzania kompozytu o osnowie polimerowej, fig. 2 przedstawia przestrzenną strukturę belkową wytworzoną w technologii przyrostowej, stanowiącą zbrojenie kompozytu, fig. 3 przedstawia schemat struktury belkowej stanowiącej zbrojenie, wypełnionej osnową polimerową, a fig. 4 przedstawia etapy przygotowania elementu z materiałem kompozytowym lokalnie zbrojonego strukturą wpasowaną w geometrię wytwarzanego obiektu.

PL 224 567 B1

P r z y k ł a d 1

W pierwszej kolejności przygotowuje się model struktury, w którym określa się geometrię struktury na kształt sześciennej kostki z belkami wpisanymi w jej krawędzie, wielkość komórki elementarnej ustala się na 2500 μm i średnicę belek na 500 μm. Tak przygotowany projekt komórki elementarnej powiela się projektując zbrojenie wytwarzanego materiału kompozytowego. Model struktury wyposaża się w elementy podpierające, niezbędne w procesie wytwarzania przyrostowego do zachowania orientacji w przestrzeni. Model struktury wraz elementami podpierającymi dzielony jest na warstwy, które kolejno wytwarza się w procesie laserowej mikrometalurgii poprzez przetapianie nanoszonych warstw proszku stali nierdzewnej o grubości 20 μm. Przetapianie kolejnych warstw iterbu modelu prowadzi się wiązką lasera włóknowego na bazie iterbu. Wytworzony na podstawie modelu struktury przedmiot, odcina się od elementów podpierających. Otrzymane zbrojenie, zalewa się żywicą epoksydową w formie odpowiadającej kształtowi struktury w technologii odlewania próżniowego w celu usunięcia pęcherzyków powietrza uwięzionych w ciekłym tworzywie. Po utwardzeniu odlanego wyrobu w piecu, usuwa się materiał z formy, uzyskując kompozyt o osnowie żywicy epoksydowej zbrojony regularną strukturą kratową ze stopu stali nierdzewnej.

P r z y k ł a d 2

W pierwszej kolejności przygotowuje się model struktury, w którym określa się geometrię struktury na kształt oktahedronu, wielkość komórki elementarnej ustala się na 10 mm i średnicę belek na 1 mm. Tak przygotowany projekt komórki elementarnej powiela się projektując zbrojenie elementu wytwarzanego z materiału kompozytowego. Model struktury wyposaża się w elementy podpierające, niezbędne w procesie wytwarzania, do zachowania orientacji w przestrzeni. Model struktury wraz elementami podpierającymi dzielony jest na warstwy, które kolejno wytwarza się w procesie laserowej mikrometalurgii poprzez przetapianie nanoszonych warstw proszku stopu tytanu o grubości 50 μm. Przetapianie kolejnych warstw modelu prowadzi się wiązką elektronów. Wytworzony na podstawie modelu struktury przedmiot, odcina się od elementów podpierających. Geometria zewnętrzna wytwarzanego przedmiotu z materiału kompozytowego, wykonywana jest w formie prototypu z wykorzystaniem technik przyrostowych lub konwencjonalnych technik obróbki ubytkowej Fig. 4 [1]. Geometria ta zalewana jest w formie silikonem Fig. 4 [2]. Silikonowa forma dzielona jest na części zgodnie z płaszczyznami podziałowymi Fig. 4 [3]. Po usunięciu modelu z formy silikonowej Fig. 4 [4], umieszcza się w niej wytworzoną strukturę zbrojącą materiał kompozytowy wytwarzanego elementu Fig. 4 [5]. Formę silikonową z umieszczonym zbrojeniem kompozytu, zalewa się poliuretanową żywicą odlewniczą, wykorzystując odlewanie ciśnieniowe w celu pełnego wypełnienia formy Fig. 4 [6]. Po utwardzeniu żywicy, usuwa się wykonany element z formy, uzyskując materiał kompozytowy, o osnowie żywicy poliuretanowej lokalnie zbrojony regularną strukturą kratową ze stopu tytanu wykonaną w technologii generatywnej Fig. 5 [7].

P r z y k ł a d 3

W pierwszej kolejności przygotowuje się model struktury, w którym określa się geometrię struktury na kształt sześciennej kostki ze sferycznymi porami wpisanymi w sześcian, wielkość komórki elementarnej ustala się na 1000 μm i średnicę sfery na 1250 μm. Tak przygotowany projekt komórki elementarnej powiela się projektując zbrojenie wytwarzanego materiału kompozytowego. Model struktury wyposaża się w elementy podpierające, niezbędne w procesie wytwarzania przyrostowego do zachowania orientacji w przestrzeni. Model struktury wraz elementami podpierającymi dzielony jest na warstwy, które kolejno wytwarza się w procesie laserowej mikrometalurgii poprzez przetapianie nanoszonych warstw proszku stopu z grupy Inconel o grubości 75 μm. Przetapianie kolejnych warstw modelu prowadzi się wiązką lasera włóknowego na bazie iterbu. Wytworzony na podstawie modelu struktury przedmiot, odcina się od elementów podpierających. Otrzymane zbrojenie, zalewa się epoksydową żywicą rezystywną w formie odpowiadającej kształtowi struktury w technologii odlewania grawitacyjnego. Po utwardzeniu żywicy, usuwa się wyrób z formy, uzyskując kompozyt o osnowie rezystywnej żywicy epoksydowej, przewodzącej prąd elektryczny, zbrojony regularną strukturą kratową ze stopu stali z grupy Inconel.

Claims (6)

1. Sposób wytwarzania kompozytu o osnowie polimerowej zbrojonego w sposób ciągły, znamienny tym, że uprzednio przygotowane w technologii przyrostowej trójwymiarowe zbrojenie o otwar4

PL 224 567 B1 tej porowatości ze stopów metali na bazie tytanu i żelaza zalewa się tworzywem sztucznym w uprzednio przygotowanej formie silikonowej w wyniku czego otrzymuje się kompozyt z regularnym zbroj eniem metalowym o osnowie polimerowej.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako tworzywo sztuczne stosuje się żywice epoksydowe.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się formę silikonową, która wykorzystywana jest do wykonania kompozytowego modelu wyrobu o pożądanym kształcie, poprzez zalanie uprzednio przygotowanej bryły wyrobu silikonem.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się zbrojenie o porowatości powyżej 50% ukierunkowane na uzyskanie małych gęstości otrzymanego kompozytu.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się zbrojenie o porowatości od 20 do 50% ukierunkowane na uzyskanie optymalnego stosunku gęstości do wytrzymałości otrzymanego kompozytu.

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się zbrojenie o porowatości poniżej 20% ukierunkowane na uzyskanie wysokiej wytrzymałości, odporności na ścieranie, odporności k orozyjnej oraz odporności termicznej.