RU2116887C1

RU2116887C1 - Method for manufacturing laminated articles from polymeric composition materials

Info

Publication number: RU2116887C1
Application number: RU96113736A
Authority: RU
Inventors: В.М. Муратов; Н.В. Выморков; В.А. Литицкая
Original assignee: Обнинское научно-производственное предприятие "Технология"
Priority date: 1996-07-04
Filing date: 1996-07-04
Publication date: 1998-08-10

Abstract

FIELD: formation of panel-type constructions. SUBSTANCE: method includes the following operations: laying out of layer and group of layers of prepreg on stacking table, transfer of laid out layer or group of layers on molding rigging, drain system laying, packing of laid out stack of prepreg in sealed casing, evacuation and heating up to preset value of temperature. In this case, at least one layer of fibrous filler unimpregnated with resin is placed between prepreg layers with allowed stock relative to stack of prepreg layers. Allowed stock is coupled to vacuum system through drain system. EFFECT: complete removal of air admixtures from prepreg stack, formation of poreless structure. 1 tbl, 2 expe

Description

Изобретение относится к области формования слоистых изделий из полимерных композиционных материалов (ПКМ), а именно к способу формования конструкций панельного типа, например панелей крыла, стабилизатора, киля самолета, строительных и других панелей. The invention relates to the field of forming layered products from polymer composite materials (PCM), and in particular to a method for forming panel-type structures, for example, wing panels, stabilizer, aircraft keel, building and other panels.

Известны разнообразные способы изготовления панелей из ПКМ. Сущность этих способов заключается в том, что препрег (волокнистый наполнитель в виде тканей, лент, нитей и жгутов, пропитанных смолами) сматывается с рулона, разрезается на заготовки и выкладывается послойно или группами слоев на формовочную оснастку. Выложенный пакет укрывается разделительным, впитывающим, дренажным слоями и герметичным чехлом. Формование выложенного пакета слоев препрега производится путем нагрева его до заданной температуры и приложения давления за счет откачивания воздуха и летучих фракций смолы из полости между оснасткой и герметичным чехлом. В результате температурного воздействия и избыточного давления атмосферного воздуха выложенный пакет приобретает заданную оснасткой форму и требуемые физико-механические характеристики (прочность, жесткость). В отдельных случаях требуется давление выше атмосферного. Создается оно сжатым газом в автоклаве или пресс-камере (Справочник по композиционным материалам. М.: Машиностроение, книга вторая, 1988, с. 257 - 266). A variety of known methods for manufacturing panels from PCM. The essence of these methods lies in the fact that the prepreg (a fibrous filler in the form of fabrics, ribbons, threads and ropes impregnated with resins) is wound from a roll, cut into blanks and laid out in layers or groups of layers on a molding tool. The laid out package is covered by a separation, absorbent, drainage layers and a sealed cover. The laid package of prepreg layers is molded by heating it to a predetermined temperature and applying pressure by pumping air and volatile resin fractions from the cavity between the tool and the sealed cover. As a result of temperature exposure and excessive pressure of atmospheric air, the laid out package acquires the shape specified by the snap-in and the required physical and mechanical characteristics (strength, stiffness). In some cases, higher than atmospheric pressure is required. It is created by compressed gas in an autoclave or press chamber (Handbook of Composite Materials. M: Mechanical Engineering, second book, 1988, p. 257 - 266).

Недостатком известных способов является то, что при укладке очередного слоя препрега или группы слоев на предыдущие между слоями захватывается воздух, который удаляется в процессе формования за счет вакуумирования пакета слоев препрега. При этом воздух удаляется во фронтальном направлении к слоям препрега или вдоль слоев к периметру панели. Обеспечить надежное удаление воздуха очень трудно, а при формовании крупногабаритных толстостенных панелей практически невозможно. Оставшийся между слоями воздух в процессе формования панели распределяется в структуре материала, образуя пористость, или остается в виде локальных включений, которые при нагреве приводят к местным расслоениям материала. Местные расслоения материала являются концентраторами напряжений и при нагрузке могут привести к разрушению панелей. Образовавшаяся пористость резко снижает прочностные характеристики материала панелей. A disadvantage of the known methods is that when laying the next layer of the prepreg or group of layers on the previous between the layers of air is captured, which is removed during molding by evacuating the package of layers of the prepreg. When this air is removed in the frontal direction to the layers of the prepreg or along the layers to the perimeter of the panel. It is very difficult to ensure reliable air removal, and when forming large-sized thick-walled panels it is almost impossible. The air remaining between the layers during the formation of the panel is distributed in the structure of the material, forming porosity, or remains in the form of local inclusions, which when heated lead to local delamination of the material. Local delaminations of the material are stress concentrators and under load can lead to destruction of the panels. The resulting porosity sharply reduces the strength characteristics of the panel material.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ изготовления слоистых изделий из полимерных композиционных материалов (Сорочишин А.Г., Стеклопластики. М.: Изд-во лит-ры по строит., 1964, с. 76) - прототип. Этот способ включает выкладку слоев или группы слоев препрега на формообразующую оснастку, укладку между слоями или группами слоев препрега не менее одного слоя волокнистого наполнителя, не пропитанного смолой, и формование полученного пакета слоев путем нагрева до заданной температуры, приложения давления на выложенный пакет слоев и выдержки в течение времени, необходимого для придания пакету слоев требуемой формы. The closest technical solution to the claimed is a method of manufacturing layered products from polymer composite materials (Sorochishin A.G., Fiberglass. M: Publishing house of literature on the building., 1964, p. 76) - prototype. This method includes laying out layers or groups of prepreg layers on a forming tool, laying at least one layer of fibrous filler not impregnated with resin between layers or groups of prepreg layers, and molding the resulting packet of layers by heating to a predetermined temperature, applying pressure to the laid out packet of layers and holding during the time necessary to give the package layers the desired shape.

Недостатком известного способа является то, что непропитанный волокнистый слой (слои), уложенный между слоями или группами слоев препрега, не может обеспечить надежное удаление воздушных включений из пакета препрега, так как при создании давления на пакет избыток смолы из препрега переходит в волокнистый наполнитель, не пропитанный смолой, воздушные включения локализуются из-за отсутствия условий для их отвода. Оставшийся между слоями воздух образует пористость и местные расслоения, как следствие, приводит к снижению прочностных характеристик формуемой панели. The disadvantage of this method is that the impregnated fibrous layer (s), laid between layers or groups of layers of the prepreg, can not provide reliable removal of air inclusions from the prepreg package, since when creating pressure on the package, excess resin from the prepreg passes into the fibrous filler, not impregnated with resin, air inclusions are localized due to the lack of conditions for their removal. The air remaining between the layers forms porosity and local delamination, as a result, reduces the strength characteristics of the molded panel.

Задачей изобретения является полное удаление воздушных включений из пакета препрега в течение всего процесса формования и получение беспористой, не содержащей расслоений структуры изготавливаемой слоистой панели. The objective of the invention is the complete removal of air inclusions from the prepreg package during the entire molding process and obtaining a non-porous, non-delaminating structure of the manufactured laminated panel.

Для решения этой задачи по способу изготовления слоистых изделий из полимерных композиционных материалов, включающему выкладку слоев или группы слоев препрега на формообразующую оснастку, укладку между слоями или группами слоев препрега не менее одного слоя волокнистого наполнителя, не пропитанного смолой, и формование полученного пакета слоев путем нагрева до заданной температуры, приложения давления на выложенный пакет слоев и выдержки в течение времени, необходимого для придания пакету слоев требуемой формы, согласно изобретению перед формованием на выложенный пакет слоев укладывают впитывающие слои и дренажную систему, затем полученный пакет упаковывают в гермочехол и подключают его внутреннюю полость к вакуумной системе, при этом волокнистый наполнитель, не пропитанный смолой, укладывают с припуском по периметру относительно пакета слоев препрега и соединяют его с вакуумной системой с помощью дренажной системы, а приложение давления осуществляют за счет создания вакуума в полости гермочехла или одновременного создания вакуума в полости гермочехла и избыточного давления сжатого газа на гермочехол в автоклаве. To solve this problem, by a method for manufacturing layered products from polymer composite materials, including laying out layers or groups of prepreg layers on a forming tool, laying between layers or groups of layers of prepreg at least one layer of fibrous filler not impregnated with resin, and molding the resulting packet of layers by heating to a predetermined temperature, applying pressure to the laid out stack of layers and holding for the time necessary to give the stack of layers the desired shape, according to the invention before forming, absorbent layers and a drainage system are laid on the laid-out package of layers, then the resulting package is packaged in a pressure chamber and its internal cavity is connected to the vacuum system, while the fibrous filler, not impregnated with resin, is laid with an allowance around the perimeter relative to the package of prepreg layers and connected to vacuum system using a drainage system, and the application of pressure is carried out by creating a vacuum in the cavity of the hermetic shell or at the same time creating a vacuum in the cavity of the hermetic shell and pressure of the compressed gas on the pressure chamber in an autoclave.

Волокнистый наполнитель, не пропитанный смолой, уложенный между слоями или группами слоев препрега, сообщаясь с вакуумной системой формообразующей оснастки с помощью дренажной системы, обеспечивает полное удаление воздушных включений из пакета препрега в течение всего процесса формования и получение беспористой, не содержащей расслоений структуры изготавливаемой слоистой панели. The fiber, not impregnated with resin, laid between the layers or groups of prepreg layers, communicating with the vacuum system of the forming tool using a drainage system, ensures the complete removal of air inclusions from the prepreg package during the entire molding process and the formation of a non-delaminating structure-free laminated panel .

Пример 1. Изготовлена панель N 1. Габариты панели 1500 • 75 мм, толщина 17,5 мм. Example 1. The panel N 1. The dimensions of the panel 1500 • 75 mm, thickness 17.5 mm.

В качестве препрега использовали ленту из углеродных волокон УКН-П/5000, пропитанную связующим эпоксидного типа. As a prepreg, a carbon fiber tape UKN-P / 5000 impregnated with an epoxy type binder was used.

Толщина пакета обеспечивалась укладкой 100 слоев препрега. Препрег выкладывали группами по 9 слоев в группе на плоском столе, выложенные группы слоев препрега переносили на матрицу формообразующей оснастки и последовательно укладывали друг на друга, при этом между первой и каждой последующей группой слоев препрега укладывали слой углеродной ленты, не пропитанной смолой. Слои препрега и непропитанной смолой углеродной ленты обрезали по периметру, укрывали разделительным слоем, ответной частью оснастки (пуансоном) и прессовали при давлении 0,8 - 1,0 МПа и одновременном нагреве и выдержке при температуре 175^oC в течение 10 ч.The thickness of the package was provided by laying 100 layers of prepreg. The prepreg was laid out in groups of 9 layers in a group on a flat table, the laid out groups of prepreg layers were transferred to the mold of the forming tool and sequentially laid on top of each other, while a layer of carbon tape not impregnated with resin was laid between the first and each subsequent group of prepreg layers. The layers of the prepreg and the carbon-impregnated carbon tape were cut off around the perimeter, covered with a separation layer, a mating part (punch) and pressed at a pressure of 0.8 - 1.0 MPa while heating and holding at a temperature of 175 ^o C for 10 hours.

После охлаждения до температуры помещения готовую панель извлекали из оснастки. After cooling to room temperature, the finished panel was removed from the snap.

Пример 2. Изготовлена панель N 2, аналогичная панели N 1. Example 2. A panel No. 2 was made similar to panel No. 1.

Препрег в количестве 100 слоев выкладывали на плоском столе группами по 9 слоев в группе. Выложенные группы слоев препрега обрезали по периметру, переносили на матрицу формообразующей оснастки и последовательно укладывали друг на друга. Между первой и последующими группами слоев препрега укладывали слой углеродной ленты, не пропитанной смолой. Размеры слоя непропитанной смолой углеродной ленты выполняли с припуском 30 - 50 мм относительно уложенной группы слоев препрега. На выложенный пакет укладывали впитывающие слои из лавсановой ткани и дренажные слои из стеклоткани таким образом, чтобы дренажные слои перекрывали припуск слоев из углеродной ленты, не пропитанной смолой, и соединялись с вакуумной системой. A prepreg in the amount of 100 layers was laid out on a flat table in groups of 9 layers in a group. The laid out groups of prepreg layers were cut around the perimeter, transferred to the matrix of the forming tooling and successively laid on top of each other. Between the first and subsequent groups of prepreg layers, a layer of carbon tape not impregnated with resin was laid. The dimensions of the non-impregnated carbon tape layer were performed with an allowance of 30-50 mm relative to the stacked group of prepreg layers. Absorbent layers of lavsan fabric and drainage layers of fiberglass were laid on a laid bag so that the drainage layers overlap the allowance of layers of carbon tape not impregnated with resin and are connected to a vacuum system.

Формование панели производили при тех же технологических режимах, что и для панели N 1, при этом пакет вакуумировался до остаточного давления 0,01 - 0,03 МПа. The panel was molded under the same technological conditions as for panel No. 1, while the package was evacuated to a residual pressure of 0.01 - 0.03 MPa.

В панелях, изготовленных по примерам 1 и 2, измеряли пористость методом пикнометрии, сплошность (наличие расслоений) ультразвуковым эхо-импульсным методом и предел прочности при сжатии по ГОСТ 25.602-80. In the panels manufactured according to examples 1 and 2, the porosity was measured by the pycnometry method, the continuity (the presence of delamination) by the ultrasonic echo-pulse method and the compressive strength according to GOST 25.602-80.

Результаты контроля панелей сведены в таблицу. The results of the control panels are summarized in table.

Из таблицы видно, что в панели N 2 резко снижена пористость, полностью исключены расслоения, повышены прочностные характеристики. The table shows that in the panel No. 2, the porosity is sharply reduced, delamination is completely eliminated, and strength characteristics are increased.

Claims

A method of manufacturing layered products from polymer composite materials, including laying out layers or groups of prepreg layers on a forming tool, laying between layers or groups of prepreg layers of at least one layer of fibrous filler not impregnated with resin, and molding the resulting packet of layers by heating to a predetermined temperature, applications pressure on the laid out packet of layers and holding for the time necessary to give the packet of layers the desired shape, characterized in that before molding it is laid out The absorbent layers and the drainage system are laid in a packet of layers, then the resulting packet is packed in a containment and its internal cavity is connected to the vacuum system, while the fibrous filler, not impregnated with resin, is laid with an allowance around the perimeter relative to the prepreg layer packet and connected to the vacuum system using a drainage system, and the application of pressure is carried out by creating a vacuum in the cavity of the germ shell or by simultaneously creating a vacuum in the cavity of the germ shell and the excess pressure of the compressed gas on the hermetic autoclave.