RU1838118C

RU1838118C - Способ формовани удлиненных композитных структур из армированной волокнами полимерной матрицы

Info

Publication number: RU1838118C
Application number: SU894742374A
Authority: RU
Inventors: Джей Медвин Стивен
Original assignee: Е.И.Дюпон Де Немур Энд Компани
Priority date: 1988-10-19
Filing date: 1989-10-18
Publication date: 1993-08-30

Abstract

ни 4742374/05 18.10.89 30.08.93. Бюл. N° 32 259837 US Е.И.Дюпон Де Немур энд Компани (US) /гивен Джей Медвин (US) Патент США N° 4361527, кл. В 29 D 7/22, 1.82. СПОСОБ ФОРМОВАНИЯ УДЛИНЕН: композитных СТРУКТУР из АР ОВАННОЙ ВОЛОКНАМИ ПОЛИМЕР- 1 МАТРИЦЫ Использование: в процессах формоваудлиненных составных структур полимерной матрицы, армированной хаотично порзанными волокнами, ориентированными i поперечном и непоперечном направле- относительно продольной оси структуры. Сущность изобретени : заключаетс в том, что в способе формовани , при котором композитную пр молинейную структуру выт гивают по заданному пути, осуществл ют определение пути как множества соедин ющихс композитных отрезков , выт гивают заготовку путем приложени к каждому из ее концов вдоль ее продольной оси раст гивающего усили с формованием сначала, по меньшей мере, одного компонентного отрезка по заданному пути и его нагревом, а затем с последовательным формованием остальных компонентных отрезков заготовки и их нагревом , причем во врем формовани каждого последующего компонентного отрезка отформованные ранее отрезки удерживают на месте, а готовую структуру охлаждают. 6 з.п.ф-л.ы, 26 ил. ел с

Description

Изобретение касаетс способа формован 1 материалов с полимерной матрицей, армированной волокнами, при сохранении ори гнтации волокон в материале относи- тел( но друг друга и получение продукта.

Целью насто щего изобретени вл ет- овышение прочности структуры издеНасто щий способ облегчает формова- структур полимерных матриц, армирован шх во окнами, из пр мой исходной фО| иы и обеспечивает способ управлени ори жтацией волокон в структуре без необходимости укладки структуры вручную. По- стапленна цель достигаетс тем, что в спо юбе формовани удлиненных композитс

ЛИЯ

ние

ных структур из армированной волокнами полимерной матрицы путем нагрева и выт гивани по заданному пути пр молинейной заготовки процесс осуществл етс в следующей последовательности:

определение пути как множества соедин ющихс компонентных отрезков, выт гивание заготовки путем приложени к каждому из ее концов вдоль ее продольной оси раст гивающего усили с формованием сначала, по меньшей мере, одного компонентного отрезка по заданному пути и его нагревом, а затем с последовательным формованием остальных компонентных отрезков заготовки и их нагревом, причем во врем формовани каждого последующего компонентного отрезка отформованные раы

ы

нее отрезки удерживают на месте, а готовую структуру охлаждают.

Когда заданный путь включает в себ один или больше криволинейных участков, .каждый участок определ етс как множество отрезков компонентов, рассматриваемые как зависимые переменные:51 X, Y и независимые переменные: L, R, D, О.где:

- У, Y вл ютс координатами точек, которые образуют путь траектории кулачка ус- тройствэ дл формовани формуемой структуры;

- L вл етс длиной несформованного материала;

- S вл етс длиной промежуточной дуги одной из секций компонентов;

- R вл етс радиусом кривизны дуги S .

- D вл етс рассто нием смещени координат х, у от линии касательной к дуге S в ее концевой точке Т,

- G вл етс угловым местоположением координаты тангенциальной точки Т;

а) выража х и у как функцию независимых переменных L, R, D и в, так что когда S R (90 - 0), тогда

X R cos в+ (L - S) sin в + D cos 9 Y R sin 0-(L-S) COS0+D ,

б) получаем Х и Y, и

с) производитс формование названного состава из пр молинейных отрезков волокон материала армированной полимерной матрицы путем раст гивани названного пр молинейного отрезка в направлении пути, определ емом названными координатами X и Y.,

Предпочтительно волокна хаотично рвутс и ориентируютс в поперечном и непоперечном направлени х относительно продольной оси структуры. Стади удерживани (Ь) сохран ет ориентацию волокон относительно друг друга в пределах примерно ± 5 градусов их ориентации относительно продольной оси формуемой структуры.

В предпочтительном варианте реализации формы заключаютс в тонкую алюминиевую обшивку, предпочтительно толщиной в диапазоне от 1 /32 до 1 /8 дюйма в зависимости от размера и геометрии формуемой детали. Цель алюминиевой обшивки, охватывающей составной или композиционный материал, состоит в сохранении целостности разм гченного термопластичного материала во врем формовани . Другие материалы могут использоватьс , когда услови процесса, такие как врем , температура или давление их требуют, После формовани детали (части), алюминий или другой материал удал етс .

Продукт (изделие) определ ют как удлиненна составна структура, сформованна по заданному пути, который (путь) имеет криволинейные участки, каждый из этих участков определ етс радиусом кривизны относительно центра, и названна структура включает в себ : полимерную матрицу, армированную волокнами: названные волокна ориентированы относительно

продольной оси структуры по существу в поперечном и непоперечном направлени х; волокна, ориентированные в непоперечных направлени х криволинейного участка, изогнуты относительно центра радиуса криво5 линейного участка, а волокна, ориентированные в поперечном направлении криволинейного участка, направлены к центру радиуса кривизны этого криволинейного участка.

0 Продукт может включать в себ несколько форм разных поперечных сечений, которые могут быть классифицированы по числу слоистых поверхностей и соединений этих поверхностей. Например, секции L, С, О, Z

5 Или цилиндра может рассматриватьс как имеюща две слоистые поверхности без соединений , тогда как Т или J, секции могут рассматриватьс как имеющие три слоистые поверхности с одним соединением,

0 Секци S или Н имеет четыре слоистых поверхности с двум соединени ми.

Дл формовани определенных поперечных сечений внутренний участок формы поперечного сечени должен поддержи5 ватьс формующимс элементом, который должен быть гибким в продольном направлении или направлении формовани , но оставатьс жестким в опорных направлени х, которые по существу перпендикул рны к

0 продольному направлению и могут выдерживать услови процесса. В предпочитаемом варианте реализации этим формующимс элементом вл етс набор стальных полос.

5 На фиг. 1 показан схематичный вид устройства , полезного дл формовани армированного волокнами полимерного материала согласно изобретению; на фиг. 2 - схематичное изображение формата вычис0 лени пути траектории кулачка устройства, показанного на фиг. 1; на фиг. 9-10 -схематичные иллюстрации стадий работы устройства на фиг. 1 при формовании структуры согласно изобретению; на фиг. 11 - вид в

5 перспективе частично с вырывом дл показа индивидуальных сгибов пр мой исходной структуры перед формованием; на фиг. 12-. 15 - схематичные виды в плане индивидуальных сгибов на фиг. 11, показывающие ориентирование волокон; на фиг.16 - вид в

перспективе частично с вырывом дл показа индивидуальных сгибов формуемой стэуктуры, выполненной согласно изобретению на фиг. 17-20- схематична иллюст м ориентировани волокон в разных сг 1бах формуемого издели на фиг. 16; на ф1 г. 21-26 - виды поперечных сечений в ув зличенном масштабе по линии А-l на фиг. 1, представл ющие формование соответст- ве-жо частей в поперечном сечении Т, Н, С,

ли О, а также полых сформованных чаете и на фиг. 23 - вид в плане в увеличенном масштабе с вырывом, соответствующий ф|/ г. 22, предназначенный показать структуру используемого опорного элемента.

Насто щий способ облегчает формование структур полимерных матриц, армиро- ва жых волокнами, и обеспечивает способ уп давлени ориентацией волокон в структуре вр

без необходимости укладки структуры

/чную.

Способ осуществл ют следующим об- з JOM.

Исходный отрезок зажимают каждым своим концом в зажимах и помещают между удерживающими инструментами и базовым ин ггрументом. Фиксированный формовоч- ньм инструмент со средством дл нагревани имеет поверхность, определ емую заданным направлением пути, по которому армированна волокном структура должна формоватьс . В процессе формовани осуществл ют раст гивание структуры на каждое ее конце в последовательные компонентные отрезки заданного направ- лени пути приложением усили к каждому структуры вдоль ее продольной оси в стсрону от концов, при этом удерживают кахдый формуемый компонентный отрезок CTfуктуры на своем месте относительно фо )мовочного инструмента и охлаждают го- тосую структуру.

Насто щий способ вл етс экономич- л и способствует получению издели выны сок

ого качества.

Claims

Формула изобретени

1, Способ формовани удлиненных ком- итных структур из армированной волоки полимерной матрицы путем нагрева и гивани по заданному пути пр моли-

ной заготовки, причем композитна уктура имеет продольную ось, о т л и ч апо; нал вы не( стр

ю ц и и с тем, что, с целью повышени прс чности структуры, осуществл ют определение пути как множества соедин ю

0

5

0

5 0 5 0

5

0

5

щихс компонентных отрезков, выт гивают заготовку путем приложени к каждому мз ее концов вдоль ее продольной оси раст гивающего усили с формованием сначала, по меньшей мере, одного компонентного отрезка по заданному пути и его нагревом, а затем с последовательным формованием остальных компонентных отрезков заготовки и их нагревом, причем во йрем формовани каждого последующего компонентного отрезка отформованные ранее отрезки удерживают на месте, а готовую структуру охлаждают.
2. Способ по п. 1,отличающийс тем, что заданный путь вл етс криволинейным .
3. Способ по п. 2, о т л и ч а ю щ и и с тем, что компонентные отрезки выражают с координатами X, Y в функции независимых перемененных:

X R cos 9+ (L - S ) Sin в + D COS в

Y R sln0-(L-S ) COStf-f-D Sin0, при условии S R (90° - 0), где X, Y - координаты точек, которые образуют путь кулачкового направл ющего устройства дл формовани фасонной структуры;

L- длина пр молинейной несформировавшейс заготовки;

S - длина промежуточной дуги в градусах одного из компонентных отрезков;

R - радиус кривизны S; . D - рассто ние смещени координат X, Y от линии в ее конечной точке Т;

9 - угол расположени координат тангенциальной точки Т.
4. Способ по п. 3, отличающийс тем, что пр молинейна заготовка имеет от двух до четырех слоистых элементов и до двух соединений их.
5. Способ поп. 1,отличающийс ткем, что волокна заготовки хаотично порваны в поперечном или неопределенном направлени х относительно продольной оси структуры.
6. Способ по п. 1, отличающийс тем, что волокна порваны произвольно и имеют относительную ориентацию в поперечном и ином направлени х по отношению к продольной оси структуры.
7. Способ по п. 5, о т л и ч а ю щ и и с тем, что на этапе удерживани отрезков заготовки поддерживают относительную ориентацию волокна в процессе формовани .

27

18

га

зо

jf

к

зз

м

Фи г. ft

1838118

cs

& .

ZЈ

/

te

I

Ot

r

tyЈ Ј/7Јjb

0Ј

Јj

92

81L8C81

22

Фиг.З

Фи г. 2.

Фиг. 6

18

10 J4

Фие.21

35

м- мТ

Jt

34.

Редактор

Составитель Н.Рудько Техред М.Моргентал .

1838118

37

JS

I

/

I

35

36 fO

.37

-34

-39

-34

фиг.25

Qve.W

Корректор Л.Филь