RU2531196C2 - Усовершенствованные композитные материалы - Google Patents

Усовершенствованные композитные материалы Download PDF

Info

Publication number
RU2531196C2
RU2531196C2 RU2011133035/05A RU2011133035A RU2531196C2 RU 2531196 C2 RU2531196 C2 RU 2531196C2 RU 2011133035/05 A RU2011133035/05 A RU 2011133035/05A RU 2011133035 A RU2011133035 A RU 2011133035A RU 2531196 C2 RU2531196 C2 RU 2531196C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
laminate according
curable
curable laminate
damping
layers
Prior art date
Application number
RU2011133035/05A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2011133035A (ru
Inventor
Джон КОЗ
Филип ХАДЛИ
Original Assignee
Хексел Композитс Лтд
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Хексел Композитс Лтд filed Critical Хексел Композитс Лтд
Publication of RU2011133035A publication Critical patent/RU2011133035A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2531196C2 publication Critical patent/RU2531196C2/ru

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/22Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed
    • B32B5/24Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/26Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer another layer next to it also being fibrous or filamentary
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B25/00Layered products comprising a layer of natural or synthetic rubber
    • B32B25/10Layered products comprising a layer of natural or synthetic rubber next to a fibrous or filamentary layer
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/22Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed
    • B32B5/24Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/28Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer impregnated with or embedded in a plastic substance
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29LINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00Other particular articles
    • B29L2031/30Vehicles, e.g. ships or aircraft, or body parts thereof
    • B29L2031/3005Body finishings
    • B29L2031/3041Trim panels
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29LINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00Other particular articles
    • B29L2031/30Vehicles, e.g. ships or aircraft, or body parts thereof
    • B29L2031/3055Cars
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/10Properties of the layers or laminate having particular acoustical properties
    • B32B2307/102Insulating
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/50Properties of the layers or laminate having particular mechanical properties
    • B32B2307/56Damping, energy absorption
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2605/00Vehicles
    • B32B2605/18Aircraft
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00Aeronautics or air transport
    • Y02T50/40Weight reduction
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/24Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
    • Y10T428/24942Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.] including components having same physical characteristic in differing degree
    • Y10T428/2495Thickness [relative or absolute]
    • Y10T428/24967Absolute thicknesses specified
    • Y10T428/24975No layer or component greater than 5 mils thick
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/31504Composite [nonstructural laminate]

Landscapes

  • Laminated Bodies (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)

Abstract

Изобретение относится к композитным материалам и касается отверждаемого ламинатного компонента оболочки корпуса летательного аппарата. Включает термореактивную смолу, по меньшей мере три волокнистых конструкционных слоя и по меньшей мере один демпфирующий слой, где отношение числа конструкционных слоев к числу демпфирующих слоев составляет по меньшей мере 3:1, и после отверждения воздействием повышенных температур компонент становится жесткой оболочкой корпуса. Изобретение обеспечивает решение демпфирования шума на больших площадях. 3 н. и 26 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл., 3 пр.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к отверждаемым композитным ламинатным компонентам корпуса транспортного средства, имеющим свойства понижения уровня звука, к способу образования таких композитных ламинатов и к образованным жестким отвержденным ламинатам.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Композитные материалы имеют хорошо документированные преимущества над традиционными конструкционными материалами, в особенности в том, что обеспечивают превосходные механические свойства при очень низких плотностях материала. Как результат, использование таких материалов становится возрастающе широко распространенным и их применение простирается от "промышленного" и "спортивного", и товаров для досуга до высококачественных аэрокосмических компонентов.
Препреги (полуфабрикаты композиционного пластика), включающие волоконную структуру, пропитанную смолой, такой как эпоксидная смола, широко используют при формировании таких композитных материалов. Обычно ряд слоев таких препрегов укладывают, как желательно, и полученную сборку или ламинат помещают в пресс-форму и отверждают, обычно подвергая воздействию повышенных температур, чтобы получить отвержденный композитный ламинат.
Однако такие композитные материалы, в особенности тонкие композиты с низкой плотностью и высокой жесткостью, имеют тенденцию резонансно вибрировать при применениях, включающих прохождение текучей среды, обычно газа, мимо их поверхности. Такая вибрация может уменьшить срок службы композитов, а также может генерировать значительный шум, который является особой проблемой в пассажирских самолетах.
В современных реактивных самолетах главным фактором, способствующим шуму внутри пассажирской кабины во время полета, является турбулентное возбуждение пограничного слоя воздуха, проходимого корпусом самолета на высокой скорости. Флюктуации давления на поверхности инициируют вибрации в структурах фюзеляжа, и эти вибрации передаются в кабину как широкополосный шум.
Поскольку применение композитных материалов при конструировании самолетов возрастает, проблема генерирования шума становится более острой. Имеется ряд путей решения этой проблемы, однако, наиболее распространенный включает в себя гашение колебаний, приводящее к превращению энергии колебаний в тепло.
Известным способом уменьшения амплитуды колебаний композитных материалов является нанесение вязкоэластичного слоя на конструкцию сразу после формирования так, чтобы он деформировался с композитной конструкцией во время вибрации. Вязкие свойства вязкоэластичного слоя гасят вибрацию путем превращения ее в тепло. Развитие этого метода включает помещение жесткого слоя, известного как связанный слой, поверх вязкоэластичного слоя. Это имеет следствием то, что вязкоэластичный слой деформируется при сдвиге, увеличивая свою способность поглощения энергии. Имеются доступные для приобретения так называемые изделия для демпфирования с помощью связанных слоев, включающие в себя слои резины и алюминия.
US 2006/0208135 касается прикрепления связанного вязкоэластичного ламината к конструктивному элементу, который сам прикреплен к композиту.
Однако, хотя методы демпфирования связанными слоями являются очень эффективными при уменьшении шума, они влекут за собой большое увеличение массы композита, обычно приводят к удвоению массы, когда нижележащий композит имеет толщину всего в несколько сантиметров, как это совершенно обычно в пассажирских самолетах. Кроме того, наложенный слой должен принимать форму конструкции корпуса, что может быть невозможно при сильно искривленных или вогнутых участках. Были предприняты попытки ввести демпфирующие слои в виде части структуры композита. US 5487928 описывает армированный волокном ламинат, включающий перемежающиеся слои конструкционных слоев, между которых проложены вязкоэластичные слои.
US 6764754 предлагает особый тип прослаивания, который включает создание отверждаемого ламината с перемежающимися стопами множественных демпфирующих слоев и множественных конструкционных слоев.
Однако такие структуры имеют тенденцию быть очень толстыми из-за большого числа слоев, и механическая прочность отвержденных ламинатов оказывается намного меньшей, чем должна была быть без присутствия демпфирующих слоев.
US 2008/0277057 описывает замену части элементов конструкции фюзеляжа вязкоэластичным демпфирующим элементом, окруженным конструкционными элементами.
Отсюда должно быть видно, что так называемые пассивные подходы к понижению шума должны неминуемо повлечь за собой значительное увеличение веса, причем демпфирование связанным слоем является единственным практическим решением для пассажирского самолета.
Были предложены более сложные системы, привлекающие пьезоэлектрические датчики, которые активируют пьезоэлектрические возбудители колебаний для того, чтобы нейтрализовать обнаруженную вибрацию. Они могут быть эффективны в определенных локализованных участках самолета, однако они не подходят для больших участков покрытия корпуса в виду стоимости их и действующих совместно поддерживающих электронных приборов и будущих проблем с техническим обслуживанием.
Поэтому имеется потребность в более удобном способе ввода демпфирования шума, в особенности для использования на больших площадях, приводящего к значительным недостаткам, имеющим место в известных подходах.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В первом аспекте настоящее изобретение относится к отверждаемому ламинатному компоненту оболочки корпуса транспортного средства, включающему термореактивную смолу, по меньшей мере три армированных волокном конструкционных слоя и по меньшей мере один демпфирующий слой, где отношение числа конструкционных слоев к числу демпфирующих слоев составляет по меньшей мере 3:1, и такому, что после отверждения воздействием повышенных температур компонент становится жесткой оболочкой корпуса.
Было найдено, что обеспечение оболочкой корпуса, изготовленной из отверждаемого ламината, включающего большую часть конструкционных слоев и только меньшую часть демпфирующих слоев, дает отвержденную конструкцию, которая может иметь такие же хорошие свойства заглушения шума, как и методы демпфирования после отверждения, только при доле увеличенного веса. В дополнение может быть охвачен широкий круг конфигураций оболочек корпуса безотносительно к их кривизне, так как ламинаты являются неотвержденными. Кроме того, известные трудности с ухудшением механической целостности могут быть минимизированы или устранены, имея только меньшую часть демпфирующих слоев.
Считается, что наличие смежных конструкционных слоев эффективно создает связывающий слой для демпфирующего слоя. Поэтому изобретение может рассматриваться как предлагающее решение демпфирования со связанным слоем, интегрированным в ламинат до отверждения, приносящее все вышеупомянутые преимущества.
Демпфирующий слой (слои) после отверждения ламината может быть охарактеризован как материал, имеющий по меньшей мере одно, предпочтительно по меньшей мере два, более предпочтительно все три из следующих свойств: температура стеклования (Tg) от -100°С до 100°С, предпочтительно от -80°С до 0°С, пик тангенса дельта (тангенса угла диэлектрических потерь) в интервале от -60°С до 100°С, предпочтительно от -30°С до 50°С, и пик модуля потерь (E"), протяженный по температурному интервалу по меньшей мере 30°С, предпочтительно по температурному интервалу по меньшей мере 60°С.
Напротив, конструкционные слои после отверждения ламината могут быть охарактеризованы как материал, имеющий по меньшей мере одно, предпочтительно по меньшей мере два, более предпочтительно все три или более из следующих свойств: Tg от 100°С до 300°С, пик тангенса дельта в интервале от 100°С до 400°С, предпочтительно, от 150°С до 300°С, и пик модуля потерь, протяженный по температурному интервалу по меньшей мере 30°С.
Демпфирующие свойства являются эффективными с лишь очень небольшим количеством демпфирующих слоев, сохраняя механическую целостность ламината. Так, соотношение конструкционных и демпфирующих слоев составляет предпочтительно от 3:1 до 50:1, более предпочтительно от 5:1 до 20:1.
В другом аспекте изобретение относится к отверждаемому ламинатному компоненту оболочки корпуса летательного аппарата, включающему термореактивную смолу, по меньшей мере один армированный волокном конструкционный слой и по меньшей мере один демпфирующий слой, где отношение толщины конструкционных слоев к толщине демпфирующих слоев составляет по меньшей мере 3:1, и такому, что после отверждения воздействием повышенных температур компонент становится жесткой оболочкой корпуса.
В этом аспекте отношение толщины конструкционных и демпфирующих слоев предпочтительно составляет от 3:1 до 50:1, предпочтительно от 5:1 до 20:1.
Хотя изобретение применимо в широком круге ситуаций, оно особенно подходит там, где ламинат сравнительно тонок, так как такие композиты подвержены вибрации и сравнительно легковесны. Так, предпочтительно по меньшей мере 50% конструкционных слоев имеют толщину от 0,1 до 1,0 мм, предпочтительно от 0,15 до 0,5 мм. Идеально, по меньшей мере 80% слоев или даже практически все конструкционные слои имеют такую толщину.
Ламинат также поэтому имеет толщину от 1,0 до 10 мм, предпочтительно от 1,0 до 5,0 мм и более предпочтительно от 1,5 до 3,0 мм.
Ламинат может включать термореактивную смолу во множестве разных типов и форм. Например, смола может присутствовать в виде дискретных слоев между слоями волокон. Обычно, однако, смолу предварительно вводят как связующее в структуру слоя волокон, хотя некоторые слои волокон могут быть оставлены "сухими", как желательно в так называемой компоновки полупрепрегов. Смола может присутствовать в узорах или в виде слоев, причем выбор конструкции предоставлен на усмотрение специалиста.
Отверждаемая термореактивная смола конструкционных слоев может быть выбрана из тех, которые общеизвестны в данной области, таких как фенолформальдегидные, мочевиноформальдегидные смолы, смолы из 1,3,5-триазин-2,4,6-триамина (меламина), бис-малеимида, эпоксидные смолы, винилэфирные смолы, бензоксазиновые смолы, полиэфиры, ненасыщенные полиэфиры, цианатэфирные смолы или их смеси. Эпоксидные смолы являются особо предпочтительными. Если требуется, могут быть включены отверждающие агенты и, необязательно, ускорители.
Волокна конструкционных слоев могут принимать широкое разнообразие форм и могут быть изготовлены из широкого круга подходящих материалов. Волокна могут быть однонаправленными или сотканными в многонаправленную конфигурацию, или быть неткаными, как желательно в соответствии с требованиями намеченного применения. Предпочтительной схемой расположения является использовать однонаправленные волокна и располагать конструкционные слои так, чтобы они чередовали направление своих волокон, чтобы образовать квазиизотропную сборку. Могут быть приняты другие схемы укладки слоев в стопы в зависимости от конкретного применения компонента.
Волокна могут быть изготовлены из углеродного волокна, стекловолокна или из органических волокон, таких как арамид.
Демпфирующий слой обычно включает дополнительный термореактивный материал и может принимать любую из множества разнообразных подходящих форм при условии, что он имеет физические свойства, достаточные для того, чтобы вызвать демпфирование. Демпфирующий слой предпочтительно является в значительной степени или полностью неотвержденным. Этот предпочтительно дополнительный термореактивный материал является в значительной степени или даже полностью неотвержденным. В предпочтительном осуществлении демпфирующий слой включает каучук, особенно каучуки на основе мономерных звеньев бутила, хлорбутила, изопрена, хлоропрена, бутадиена, стирола и акрилонитрила. Нитрильные каучуки являются предпочтительными.
Альтернативно или дополнительно демпфирующий слой может включать отверждаемую смолу, которая может быть такой же или подобной материалу, использованному в конструкционных слоях, как описано выше. Обычно смола будет нуждаться в добавках для того, чтобы она вела себя как демпфирующий слой.
Демпфирующий слой может включать широкое разнообразие добавок, включающих наполнители, другие полимеры, пластификаторы, агенты, повышающие гибкость, разбавители, смягчители и агенты, повышающие клейкость. Примеры наполнителей включают сажу, слюду, графит и мел. Предпочтительными являются наполнители со слоистой структурой, такие как слюда, так как они улучшают демпфирующие свойства слоя.
Демпфирующие слои могут также включать волокнистые армирующие структуры, такие как описано выше, чтобы способствовать обработке. Однако считается, что такая структура может мешать его демпфирующим свойствам, и поэтому она в соответствии с идеалом поддерживается на минимуме. Так, предпочтительно демпфирующий слой включает от 0 до 50% масс. волокна, предпочтительно от 5% масс. до 35% масс., более предпочтительно до 20% масс. Однако наиболее предпочтительным может быть демпфирующий слой без армирования волокнами.
Поскольку считается, что наличие демпфирующих слоев будет вредным для механических свойств ламината, если имеется много демпфирующих слоев, то тогда они предпочтительно не находятся в контакте друг с другом. Так, предпочтительно, чтобы ламинат включал не больше чем четыре демпфирующих слоя, прилегающих друг к другу, предпочтительно не больше чем три, более предпочтительно не более чем два и наиболее предпочтительно не было демпфирующих слоев, прилегающих друг к другу.
Вдобавок, ламинат предпочтительно имеет не больше пяти демпфирующих слоев, предпочтительно не больше четырех, более предпочтительно не больше трех, наиболее предпочтительно не более двух. В предпочтительном осуществлении ламинат содержит единственный демпфирующий слой.
Поскольку в ламинате согласно изобретению избегают ввода ненужной массы, ламинат может быть растянут по большому участку корпуса летательного аппарата. Так, отверждаемый ламинат предпочтительно имеет площадь поверхности по меньшей мере 1,0 м2, более предпочтительно по меньшей мере 2,0 м2, наиболее предпочтительно по меньшей мере 5,0 м2.
Дополнительно, ламинат идеально подходит для использования в качестве компонента оболочки корпуса самолета в свете его легковесной природы.
Ламинат по настоящему изобретению может быть изготовлен любым подходящим способом, известным в практике формирования ламинатных структур. Однако предпочтительно способ включает укладку препрега или полупрепрега, имеющего плотно присоединенный к нему демпфирующий слой. Таким путем отверждаемый ламинат может быть уложен в контакте с шаблоном.
Таким образом, во втором аспекте изобретение относится к способу создания ламинатного компонента оболочки корпуса транспортного средства, включающему укладку листоподобного слоя препрега или полупрепрега, включающего термореактивную смолу и конструкционные волокна, имеющего тесный контактирующий с ним демпфирующий слой и образующего демпфирующий препрег или полупрепрег в зависящей от обстоятельств форме компонента оболочки корпуса, или до или после укладки дополнительно конструкционных слоев волокон, чтобы образовать отверждаемый ламинатный компонент оболочки корпуса, затем воздействие на ламинат повышенной температуры и, необязательно, повышенного давления, чтобы посредством этого отвердить ламинат и получить ламинатный компонент оболочки корпуса транспортного средства.
Предпочтительно после демпфирующего препрега или полупрепрега укладывают дополнительные волоконные конструкционные слои.
Ламинат, изготовленный согласно способу по изобретению, может иметь любые из физических, структурных или химических свойств, как описано выше для отверждаемой ламинатной оболочки корпуса транспортного средства.
В третьем аспекте изобретение относится к листоподобному отверждаемому препрегу или полупрепрегу, включающему смолу и армирующие волокна, имеющему тесно контактирующий с ним демпфирующий слой, который в значительной степени или полностью неотвержден.
Демпфирующий слой, контактирующий с препрегом или полупрепрегом, может иметь любые из физических, структурных или химических свойств, как описано выше для отверждаемой ламинатной оболочки корпуса летательного аппарата. В частности демпфирующий слой предпочтительно не имеет волоконного армирования.
Ламинат или отверждаемый препрег или полупрепрег может быть отвержден путем воздействия повышенных температур и, необязательно, повышенного давления посредством любого подходящего известного способа, такого как отверждение в вакуумном мешке, автоклаве или прессе, чтобы получить жесткую оболочку корпуса.
В четвертом аспекте изобретение относится к способу изготовления листоподобного отверждаемого препрега или полупрепрега, включающего смолу и армирующие волокна, имеющего тесно контактирующий с ним демпфирующий слой, где демпфирующий слой образуют путем погружения волокнистого открытотканого материала в раствор демпфирующего материала и удаления растворителя испарением.
Изобретение будет теперь пояснено примерами со ссылкой на следующие фигуры, в которых:
Фиг.1 является схематичным представлением в разобранном виде предотвержденного ламината согласно изобретению;
Фиг.2 является схематичным представлением отвержденного ламината согласно изобретению;
Фиг.3 является схематичным представлением демпфирующего препрега согласно изобретению.
Обращаясь к фигурам, фиг.1 показывает ламинат 10, включающий два верхних конструкционных слоя 12, демпфирующий слой 14 и восемь нижних конструкционных слоев 16.
Конструкционные слои 12, 16 включают армирующие слои однонаправленных углеродных волокон, предварительно пропитанные отверждаемой эпоксидной смолой. Ориентацию волокон чередуют, чтобы обеспечить сборку слоев под углами 0°/90°. Каждый конструкционный слой имеет толщину 0,2 мм.
Демпфирующий слой 14 включает вулканизируемый и невулканизированный нитрильный каучук, которым пропитан нетканый лист углеродного волокна, и имеет толщину 0,4 мм.
Таким образом, ламинат 10 имеет толщину 2,4 мм.
Фиг.2 показывает отвержденный ламинат 20, включающий два верхних конструкционных слоя 22, демпфирующий слой 24 и шесть нижних конструкционных слоев 26. Ламинат 20 образует компонент оболочки корпуса летательного аппарата и обеспечивает свойства понижения уровня звука, а также надлежащие свойства материала.
Фиг.3 показывает демпфирующий препрег 32, включающий лист препрега 32, имеющий тесно контактирующий с ним демпфирующий слой 34. Препрег 32 включает армирование из однонаправленного углеродного волокна, предварительно пропитанное эпоксидной смолой. Направление волокон может быть видно на фиг.3, которая только в целях пояснения показывает демпфирующий слой 34, отогнутый от препрега 32.
Демпфирующий препрег может поставляться в рулоне и разворачиваться известным образом, чтобы образовать оболочку корпуса летательного аппарата или другой компонент. Обычно должны укладываться дополнительные конструкционные слои, например дополнительные слои препрега или полупрепрега, чтобы получить после отверждения ламинат подходящей прочности.
ПРИМЕР 1
Невулканизированный нитрильный каучук (E10956NBR Black, Berwin, UK) прессовали при комнатной температуре в гидравлическом прессе, чтобы получить лист с площадным весом приблизительно 310 г/м2. Этот каучуковый слой затем накладывали на полотно однонаправленного препрега аэрокосмического качества M21E/34%/268/IMA (Hexcel, UK) и собирали в восьмислойный UD ламинат со слоем каучука между полотнами два и три сборки. Стопку препрегов отверждали до ламината, используя цикл отверждения, рекомендованный производителем препрега: вакуумный мешок, отверждение в автоклаве с предельным временем отверждения 2 ч при 180°С. Сформированный ламинат показал, что он имеет хорошую геометрическую стабильность. Его нарезали, чтобы сформировать испытуемые образцы размером 120 мм × 42,5 мм. Испытуемый образец подвешивали за два смежные угла, применяя зажимы. Хлопковую нить прикрепляли к зажимам и затем образец подвешивали в испытательной камере. Миниатюрный акселерометр (модель 352С22, PCB Piezoelectronics) прочно закрепляли в центре задней стороны панели и его присоединяли через аналогово-цифровой преобразователь к персональному компьютеру (ПК) с работающей программой анализа сигнала (SignalCalc Ace™ от Data Physics).
Механический молот (модель 086С01, PCB Piezoelectronics), также присоединенный к ПК, использовали для того, чтобы ударять переднюю сторону панели прямо в центре. Испытание проводили при комнатной температуре. Начальное возбуждение панели и его продолжающийся резонанс регистрировали для анализа.
Диаграмму частотной области создавали с помощью быстрого преобразования Фурье изменения во времени сигнала от акселерометра, расположенного на испытуемом изделии. Первую главную резонансную волну панели определяли из этой частотной функции отклика. Первая главная резонансная волна этой панели была обнаружена при примерно 1300 Гц. Хотя последовательные демпфирующие реакции изменяли точную частоту этого резонанса, его каждый раз было легко идентифицировать для анализа.
Компьютерную программу анализа динамических сигналов использовали для того, чтобы представить данные по демпфированию ламината при этой частоте. Их рассчитывали используя метод ширины полосы (половинной мощности). Каждое испытание повторяли три раза и сигнал усредняли. Результаты сравнивали с контрольным ламинатом без элемента демпфирующего слоя.
Таблица 1
Контроль Изобретение Simacsonic™
Вес (кг/м2) 3,28 4,00 6,43
Величина демпфирования 0,89% 4,90% 4,25%
Толщина (мм) 2,09 2,40 3,85
Результаты также сравнивали с доступной в продаже демпфирующей пропиткой Simacsonic™ от (Toulon, France). Испытуемый образец готовили покрытием испытуемого образца размера, подобного указанному выше, имеющим алюминиевую заднюю сторону демпфирующим элементом со связанным слоем Smacsonic®.
Величина демпфирования при ~1300 Гц вместе с данными по весу и толщине показаны в таблице 1. Можно видеть, что ламинат согласно изобретению обеспечивает превосходную демпфирующую реакцию при лишь небольшом увеличении веса и толщины.
ПРИМЕР 2
Готовили раствор/дисперсию невулканизированного каучука (E10956NBR Black, Berwin, UK) в метилэтилкетоне с концентрацией твердых веществ приблизительно 7,5%. Демпфирующий слой согласно изобретению получали пропиткой 20 г/м2 вуали хаотичного плетения из углеродных волокон (Optimat 203 от Technical Fibre Products) этим раствором/дисперсией, чтобы получить нанесенный на основу невулканизированный эластомерный элемент с площадным весом приблизительно 190 г/м2. Эту структуру укладывали слоем на препрег и тесно соединяли с препрегом, как делали в примере 1, и включали в ламинатную структуру таких препрегов, как в примере 1, которую затем отверждали и испытывали, как описано ранее.
Этот ламинат имел толщину и площадной вес 2,29 мм и 3,47 кг/м2, соответственно, и давал величину демпфирования 2,64% при ~1300 Гц. Как можно видеть при сравнении результатов выше, это представляет улучшение демпфирования на 210% по сравнению с контрольным ламинатом без значительного увеличения веса или толщины.
ПРИМЕР 3
Готовили раствор/дисперсию невулканизированного каучука (E10956NBR Black, Berwin, UK) в МЭК с концентрацией приблизительно 7,5%. Демпфирующий элемент со связанным слоем получали пропиткой 4 г/м2 полиэфирной вуали (Т2570/01 от Technical Fibre Products, UK) раствором/дисперсией, чтобы получить нанесенный на основу невулканизированный эластомерный элемент с площадным весом приблизительно 50 г/м2. Небольшое давление и умеренную температуру использовали для того, чтобы тесно присоединить этот легковесный нанесенный на основу демпфирующий слой к полотну углеродного препрега M21E UD (Hexcel, UK). Эта полностью цельная структура была включена в ламинатную структуру и отверждена и испытана, как описано выше. Отвержденный ламинат имел толщину 2,21 мм и вес 3,33 кг/м2 и дал величину демпфирования 1,39% при ~1300 Гц. Будучи тесно связанным с неотвержденным препрегом, этот пример должен особо поддаваться переработке с использованием доступных в настоящее время технологий, таких как Automatic Tape Laying (ATL).

Claims (29)

1. Отверждаемый ламинатный компонент оболочки корпуса транспортного средства, включающий термореактивную смолу, по меньшей мере три армированных волокном конструкционных слоя и по меньшей мере один демпфирующий слой,
где указанный отверждаемый ламинат имеет толщину от 1,0 до 10,0 мм и площадь поверхности по меньшей мере 1,0 м2, и указанный отверждаемый ламинат содержит:
по меньшей мере один верхний, армированный волокном конструкционный слой, расположенный вплотную к внешней поверхности указанной звукопоглощающей жесткой оболочке корпуса и содержащий структурные волокна и отверждаемую эпоксидную смолу;
по меньшей мере один нижний, армированный волокном конструкционный слой, содержащий структурные волокна и отверждаемую эпоксидную смолу; и
демпфирующий препрег, расположенный между указанными верхним структурным слоем и нижним структурным слоем, указанный демпфирующий препрег содержит пленку неотвержденного каучука, склеенную с поверхностью структурного препрега, который содержит структурные волокна и отверждаемую эпоксидную смолу, причем пленка неотвержденного каучука не содержит упрочняющих волокон и указанный структурный препрег образует армированный волокном конструкционный слой.
2. Отверждаемый ламинат согласно п.1, в котором по меньшей мере 50%, предпочтительно по меньшей мере 80% или даже практически все из конструкционных слоев имеют толщину от 0,1 до1,0 мм, предпочтительно от 0,15 до 0,5 мм.
3. Отверждаемый ламинат согласно п.1, который имеет толщину от 1,0 до 5,0 мм, более предпочтительно от 1,5 до 3,0 мм.
4. Отверждаемый ламинат согласно п.3, который имеет толщину от 1,0 до 5,0 мм, более предпочтительно от 1,5 до 3,0 мм.
5. Отверждаемый ламинат согласно п.1, где ламинат включает не более чем четыре демпфирующих слоя, прилегающих друг к другу.
6. Отверждаемый ламинат согласно п.3, где ламинат включает не более чем четыре демпфирующих препрега, прилегающих друг к другу.
7. Отверждаемый ламинат согласно п.3, где ламинат включает не более чем четыре демпфирующих препрега, прилегающих друг к другу.
8. Отверждаемый ламинат согласно п.1, который имеет суммарно не более пяти демпфирующих слоев.
9. Отверждаемый ламинат согласно п.2, который имеет суммарно не более пяти демпфирующих слоев.
10. Отверждаемый ламинат согласно п.3, который имеет суммарно не более пяти демпфирующих слоев.
11. Отверждаемый ламинат согласно п.1, где транспортным средством является самолет.
12. Отверждаемый ламинат согласно п.2, где транспортным средством является самолет.
13. Отверждаемый ламинат согласно п.3, где транспортным средством является самолет.
14. Отверждаемый ламинат согласно п.5, где транспортным средством является самолет.
15. Отверждаемый ламинат согласно п.8, где транспортным средством является самолет.
16. Отверждаемый ламинат согласно пп.1, 4-15, который находится в контакте с шаблоном.
17. Отверждаемый ламинат согласно п.2, который находится в контакте с шаблоном.
18. Отверждаемый ламинат согласно п.3, который находится в контакте с шаблоном.
19. Отверждаемый ламинат согласно п.5, который находится в контакте с шаблоном.
20. Отверждаемый ламинат согласно п.8, который находится в контакте с шаблоном.
21. Отверждаемый ламинат согласно п.1, который имеет площадь поверхности по меньшей мере 2,0 м2, предпочтительно по меньшей мере 5,0 м2.
22. Отверждаемый ламинат согласно п.2, который имеет площадь поверхности по меньшей мере 2,0 м, предпочтительно по меньшей мере 5,0 м2.
23. Отверждаемый ламинат согласно п.3, который имеет площадь поверхности по меньшей мере 2,0 м2, предпочтительно по меньшей мере 5,0 м2.
24. Отверждаемый ламинат согласно п.5, который имеет площадь поверхности по меньшей мере 2,0 м2, предпочтительно по меньшей мере 5,0 м2.
25. Отверждаемый ламинат согласно п.8, который имеет площадь поверхности по меньшей мере 2,0 м, предпочтительно по меньшей мере 5,0 м2.
26. Отверждаемый ламинат согласно п.16, который имеет площадь поверхности по меньшей мере 2,0 м2, предпочтительно по меньшей мере 5,0 м2.
27. Отверждаемый ламинат согласно п.21, который имеет площадь поверхности по меньшей мере 2,0 м2, предпочтительно по меньшей мере 5,0 м2.
28. Жесткая оболочка корпуса, получаемая процессом отверждения отверждаемого ламината согласно любому одному из предшествующих пунктов путем воздействия на него повышенной температуры.
29. Способ изготовления ламинатного компонента оболочки корпуса транспортного средства, включающий укладку отверждаемого ламината по п.1, чтобы образовать отверждаемый ламинатный компонент оболочки корпуса, затем воздействие на отверждаемый ламинат по п.1 повышенной температуры, чтобы посредством этого отвердить ламинат и получить ламинатный компонент оболочки корпуса транспортного средства.
RU2011133035/05A 2009-01-07 2009-12-21 Усовершенствованные композитные материалы RU2531196C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB0900090.2 2009-01-07
GB0900090A GB2466792B (en) 2009-01-07 2009-01-07 Improved composite materials
PCT/GB2009/051753 WO2010079319A1 (en) 2009-01-07 2009-12-21 Improved composite materials

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011133035A RU2011133035A (ru) 2013-02-20
RU2531196C2 true RU2531196C2 (ru) 2014-10-20

Family

ID=40379180

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011133035/05A RU2531196C2 (ru) 2009-01-07 2009-12-21 Усовершенствованные композитные материалы

Country Status (10)

Country Link
US (1) US20110268945A1 (ru)
EP (2) EP3135474B1 (ru)
JP (1) JP5718250B2 (ru)
CN (1) CN102271904A (ru)
BR (1) BRPI0923108B1 (ru)
CA (1) CA2748574C (ru)
ES (1) ES2634702T3 (ru)
GB (1) GB2466792B (ru)
RU (1) RU2531196C2 (ru)
WO (1) WO2010079319A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2816829C1 (ru) * 2020-02-20 2024-04-05 Аэроджет Рокетдайн, Инк. Изделие с двухмерной и трехмерной волоконной структурой

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9028629B2 (en) * 2013-02-15 2015-05-12 The Boeing Company Methods of refurbishing an adhered component and composites comprising adhered components
US10458756B2 (en) 2013-03-15 2019-10-29 Scott R. Whitaker Flexible adhesive ballistic shield
EP2972061B1 (en) 2013-03-15 2019-08-07 Scott R. Whitaker Ballistic shield
GB201305325D0 (en) 2013-03-22 2013-05-08 Hexcel Composites Ltd Composite material
RU2572541C1 (ru) * 2014-09-04 2016-01-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Композиционный вибропоглощающий материал
US20170021596A1 (en) * 2015-05-05 2017-01-26 Sunrez Corp. Fiber Reinforced Core
WO2017095479A1 (en) * 2015-12-02 2017-06-08 Carbitex, Inc. Joined fiber-reinforced composite material assembly with tunable anisotropic properties
US20180066396A1 (en) * 2016-09-02 2018-03-08 Precision Fabrics Group, Inc. Surfacing fabrics, composites comprising the same, and compositions and methods for preparing the same
US11109639B2 (en) 2018-05-23 2021-09-07 Carbitex, Inc. Footwear insert formed from a composite assembly having anti-puncture and anisotropic properties
US11345790B2 (en) 2019-08-13 2022-05-31 International Business Machines Corporation Reducing resin squeeze-out
CN113291014B (zh) * 2021-04-13 2022-07-15 山东医学高等专科学校 一种纤维增强复合材料的制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004009924A1 (en) * 2002-07-19 2004-01-29 Oxford Magnet Technology Ltd Composite material for acoustic damping
RU2232148C1 (ru) * 2002-12-25 2004-07-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" Звукопоглощающий материал и способ изготовления изделий из него
US6764754B1 (en) * 2003-07-15 2004-07-20 The Boeing Company Composite material with improved damping characteristics and method of making same
RU2285023C1 (ru) * 2005-02-09 2006-10-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийской научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Полимерная вибропоглощающая композиция и слоистый вибропоглощающий материал на ее основе

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0653405B2 (ja) * 1987-09-09 1994-07-20 住友化学工業株式会社 高制振性繊維強化プラスチック
JPH01204735A (ja) * 1988-02-09 1989-08-17 Nec Corp 繊維強化複合材料
US5487928A (en) * 1988-12-22 1996-01-30 Nec Corporation Fiber reinforced composite material and a process for the production thereof
SE8902468L (sv) * 1989-07-07 1991-01-08 Rubore Materials Sweden Ab Packning samt saett att framstaella denna
DE69131081T2 (de) * 1990-01-26 1999-12-23 Nec Corp Faserverstärkter Verbundwerkstoff
MX9206033A (es) * 1991-10-22 1993-05-01 Univ Brigham Young Amortiguamiento mejorado en estructuras compuestas a traves de acoplamiento por esfuerzo.
US6524692B1 (en) * 2000-05-02 2003-02-25 Structured Composites, Lp Energy absorbing structural laminate
GB0024060D0 (en) * 2000-10-02 2000-11-15 Matrice Material Systems Ltd A composite
JP2004291408A (ja) * 2003-03-27 2004-10-21 Cci Corp 制振性複合材料
US7208115B2 (en) * 2003-03-31 2007-04-24 Lockheed Martin Corporation Method of fabricating a polymer matrix composite electromagnetic shielding structure
GB2401346B (en) * 2003-05-07 2005-04-13 Oxford Magnet Tech A structural composite material for acoustic damping
US7199970B2 (en) * 2003-11-03 2007-04-03 Material Sciences Corporation Damped disc drive assembly, and method for damping disc drive assembly
JP3862697B2 (ja) * 2003-12-26 2006-12-27 株式会社ジャムコ 熱硬化複合材料の成形装置
US9511571B2 (en) * 2007-01-23 2016-12-06 The Boeing Company Composite laminate having a damping interlayer and method of making the same
US8951923B2 (en) * 2007-05-23 2015-02-10 The Boeing Company Hybrid composite structure having damped metallic fibers

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004009924A1 (en) * 2002-07-19 2004-01-29 Oxford Magnet Technology Ltd Composite material for acoustic damping
RU2232148C1 (ru) * 2002-12-25 2004-07-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" Звукопоглощающий материал и способ изготовления изделий из него
US6764754B1 (en) * 2003-07-15 2004-07-20 The Boeing Company Composite material with improved damping characteristics and method of making same
RU2285023C1 (ru) * 2005-02-09 2006-10-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийской научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Полимерная вибропоглощающая композиция и слоистый вибропоглощающий материал на ее основе

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2816829C1 (ru) * 2020-02-20 2024-04-05 Аэроджет Рокетдайн, Инк. Изделие с двухмерной и трехмерной волоконной структурой

Also Published As

Publication number Publication date
CN102271904A (zh) 2011-12-07
BRPI0923108B1 (pt) 2019-06-25
GB2466792B (en) 2014-10-15
RU2011133035A (ru) 2013-02-20
JP5718250B2 (ja) 2015-05-13
CA2748574A1 (en) 2010-07-15
WO2010079319A1 (en) 2010-07-15
EP2376280A1 (en) 2011-10-19
US20110268945A1 (en) 2011-11-03
EP2376280B1 (en) 2017-06-21
EP3135474A1 (en) 2017-03-01
GB0900090D0 (en) 2009-02-11
JP2012514545A (ja) 2012-06-28
CA2748574C (en) 2018-05-01
EP3135474B1 (en) 2021-02-24
GB2466792A (en) 2010-07-14
ES2634702T3 (es) 2017-09-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2531196C2 (ru) Усовершенствованные композитные материалы
EP1948503B1 (en) Integrally damped composite aircraft floor panels
EP0370148B1 (en) Impact resistent composites
KR100286153B1 (ko) 복합성형장치, 이를 사용한 고압 동시-경화 성형방법 및 이로부터 제조된 벌집모양 코아 성형제품
US8450225B2 (en) Structural composite material with improved acoustic and vibrational damping properties
US8322657B2 (en) Panel with impact protection membrane
US20070071957A1 (en) Structural composite material for acoustic damping
WO1991002646A1 (en) Film-based composite structures for ultralightweight sdi systems
RU2545370C2 (ru) Панель типа сэндвича
US5972810A (en) Self-adhesive prepreg, process for producing same, and use thereof
JP7269243B2 (ja) 繊維強化樹脂複合体およびその製造方法、ならびに繊維強化樹脂複合体用不織布
JPH04312237A (ja) 積層型制振材料および該制振材料を内層に有する繊維            強化複合材料ならびにその作製方法
JP2004059872A (ja) セミ含浸プリプレグ用フィルム、セミ含浸プリプレグ及び成形品の製造方法
JP2004058609A (ja) 積層板の製造方法
JP2002361666A (ja) Frp積層体及びfrpの成形方法
JPH0443931B2 (ru)
JPH0687185A (ja) 積層成形品
US11952103B2 (en) High impact-resistant, reinforced fiber for leading edge protection of aerodynamic structures
JPH04251714A (ja) 炭素繊維強化複合材料の作製方法
JPH04267139A (ja) 炭素繊維強化複合材料プリプレグシート
RU2687938C1 (ru) Полимерный композиционный материал с интегрированным вибропоглощающим слоем
JPH04251715A (ja) 炭素繊維強化複合材料の作製方法
JP2003305741A (ja) 積層構造体の製造方法
JPH02209235A (ja) 繊維強化複合材料の作製方法
EP2511090B1 (en) Method for producing hollow product