RU2565186C1 - Composite layered material and method of producing same - Google Patents
Composite layered material and method of producing same Download PDFInfo
- Publication number
- RU2565186C1 RU2565186C1 RU2014121657/05A RU2014121657A RU2565186C1 RU 2565186 C1 RU2565186 C1 RU 2565186C1 RU 2014121657/05 A RU2014121657/05 A RU 2014121657/05A RU 2014121657 A RU2014121657 A RU 2014121657A RU 2565186 C1 RU2565186 C1 RU 2565186C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- aluminum alloy
- layers
- carbon fiber
- composite
- Prior art date
Links
Landscapes
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к авиастроительной промышленности, в частности к слоистым металлополимерным композиционным материалам и способам их получения. Его используют в изделиях конструкционного назначения, например для обшивки фюзеляжа, створок, люков и рулей управления и стабилизаторов транспортных и пассажирских самолетов с целью уменьшения массы конструкций и увеличения срока эксплуатации при увеличении надежности и безопасности эксплуатации конструкции.The invention relates to the aircraft industry, in particular to layered metal-polymer composite materials and methods for their preparation. It is used in structural products, for example, for cladding the fuselage, wings, hatches and rudders and stabilizers of transport and passenger aircraft in order to reduce the weight of structures and increase the operating life while increasing the reliability and safety of operation of the structure.
Создание материалов, позволяющих существенно снизить массу, повысить ресурс и безопасность эксплуатации конструкций - важная и постоянно актуальная проблема для авиационной техники. Возможности традиционных методов совершенствования свойств авиационных материалов имеют определенные пределы. Так, для металлических сплавов при увеличении прочности за счет оптимизации состава и структуры не происходит существенного повышения выносливости и стойкости к усталостному разрушению. Рост прочности обычно сопровождается повышением чувствительности к концентраторам напряжений, что может служить причиной преждевременного разрушения конструкции.The creation of materials that can significantly reduce weight, increase the resource and safety of operation of structures is an important and constantly urgent problem for aircraft. The possibilities of traditional methods for improving the properties of aviation materials have certain limits. So, for metal alloys with an increase in strength due to optimization of the composition and structure, there is no significant increase in endurance and resistance to fatigue failure. The increase in strength is usually accompanied by an increase in sensitivity to stress concentrators, which can cause premature structural failure.
Известны металлополимерные композиционные слоистые материалы, состоящие из слоев алюминиевого сплава и слоев полимерных композитов на основе стеклянных, арамидных или углеродных волокон. Эти материалы имеют повышенные механические свойства по сравнению с листами алюминиевого сплава, а также обладают высокой трещиностойкостью при усталостном разрушении. В настоящее время за рубежом такие материалы применяются в конструкции самолетов гражданской авиации, в частности в конструкции самолетов фирмы Airbus (А-380, А-350). Наиболее часто за рубежом используются слоистые металлополимерные композиционные материалы «алюминий-стеклопластик» под маркой GLARE, в Российской Федерации его аналогом являются материалы, выпускаемые под маркой СИАЛ. Слоистый материал СИАЛ содержит слои алюминиевого сплава и слои стеклопластика, армированного стеклянными волокнами (Патент РФ №2185964, опубликованный 27.07.2002 г. ). Главным преимуществом СИАЛ и GLARE является низкая скорость развития и распространения трещин. Недостатком является низкое значение модуля упругости (60-70 ГПа), которое не превышает значения модуля упругости алюминиевого сплава.Known metal-polymer composite layered materials consisting of layers of aluminum alloy and layers of polymer composites based on glass, aramid or carbon fibers. These materials have improved mechanical properties compared to aluminum alloy sheets, and also have high crack resistance during fatigue failure. Currently, such materials are used abroad in the construction of civil aviation aircraft, in particular in the design of Airbus aircraft (A-380, A-350). The most commonly used abroad are laminated metal-polymer composite materials “aluminum-fiberglass” under the GLARE brand, in the Russian Federation its analogue is materials manufactured under the SIAL brand. The SIAL laminate contains layers of aluminum alloy and layers of fiberglass reinforced with glass fibers (RF Patent No. 2185964, published July 27, 2002). The main advantage of SIAL and GLARE is the low rate of development and propagation of cracks. The disadvantage is the low value of the elastic modulus (60-70 GPa), which does not exceed the value of the elastic modulus of the aluminum alloy.
Известен композиционный слоистый материал АЛОР, который предназначен для изготовления элементов конструкции авиационной техники, например для изготовления силовых деталей планера. Материал содержит слои алюминиевого сплава и слои органопластика, армированного высокопрочными арамидными волокнами (Патент РФ №2185963, опубликованный 27.07.2002). Недостатком слоистого материала АЛОР является его склонность к поглощению влаги из-за способности арамидных волокон поглощать воду. Поскольку влага является катализатором коррозионных процессов, это способствует снижению коррозионной стойкости слоистого материала.Known composite laminated material ALOR, which is intended for the manufacture of structural elements of aircraft, for example for the manufacture of power parts of the airframe. The material contains layers of aluminum alloy and layers of organoplastics reinforced with high-strength aramid fibers (RF Patent No. 2185963, published July 27, 2002). The disadvantage of ALOR laminate is its tendency to absorb moisture due to the ability of aramid fibers to absorb water. Since moisture is a catalyst for corrosion processes, this reduces the corrosion resistance of the laminate.
Известен слоистый композиционный материал «алюминий-углепластик», изготавливаемый за несколько технологических этапов. Сначала изготавливают слои углепластика, затем производят подготовку поверхности алюминиевого сплава анодированием в фосфорной кислоте и на последнем этапе совмещают слои алюминия и углепластика с помощью клея (Патент KR №20010053778, опубликованный 02.07.2001 г. ). Недостатком данного материала является наличие в нем высоких термических остаточных напряжений из-за различия коэффициентов линейного термического расширения слоев металла и углепластика, что снижает механические и усталостные характеристики материала. Кроме того, в таком композите присутствуют дополнительные границы раздела между углепластиком и клеем, что является слабым звеном и уменьшает надежность материала.Known laminated composite material "aluminum-carbon fiber", manufactured in several technological stages. First, carbon fiber layers are made, then the surface of the aluminum alloy is prepared by anodizing in phosphoric acid, and at the last stage, the layers of aluminum and carbon fiber are combined using glue (KR Patent No. 20010053778, published July 2, 2001). The disadvantage of this material is the presence in it of high thermal residual stresses due to the difference in the coefficients of linear thermal expansion of the layers of the metal and carbon fiber, which reduces the mechanical and fatigue characteristics of the material. In addition, in this composite there are additional interfaces between carbon fiber and glue, which is a weak link and reduces the reliability of the material.
Известно технологическое решение в области слоистых металлополимерных композиционных материалах «алюминий-углепластик» (Австралия, Технологический Ин-т г. Мельбурна. Авторы: G. Freischmidt и др. доклад 1998 г. ), в котором представлены результаты испытаний металлополимерного композита «алюминий-углепластик»: плотность - 2,2 г/см3, прочность при растяжении - 803 МПа, а модуль упругости -75,7 ГПа.A technological solution is known in the field of laminated metal-polymer composite materials "aluminum-carbon fiber" (Australia, Technological Institute of Melbourne. Authors: G. Freischmidt et al. 1998 report), which presents the results of tests of the metal-polymer composite "aluminum-carbon fiber ": Density - 2.2 g / cm 3 , tensile strength - 803 MPa, and elastic modulus -75.7 GPa.
Наиболее близким аналогом по составу к заявляемому изобретению технологическое решение по слоистому композиционному материалу, который представляет собой чередующиеся с углепластиком слои алюминиевого сплава, которые имеют анодированную поверхность, полученную в хромовой кислоте. Материал имеет следующие свойства: модуль при растяжении - 72 ГПа, плотность - 2,3 г/см3 (Бразилия, Ins. de Aeronautica е Espaco, г. Сан-Пауло. Авторы: Е.С. Botelho и др. Composites part В: engineering, v. 37 № 2-3, pp. 255-263, 2006).The closest analogue in composition to the claimed invention is a technological solution for a layered composite material, which is alternating with a carbon fiber layers of an aluminum alloy that have an anodized surface obtained in chromic acid. The material has the following properties: tensile modulus - 72 GPa, density - 2.3 g / cm 3 (Brazil, Ins. De Aeronautica e Espaco, Sao Paulo. Authors: ES Botelho et al. Composites part B : engineering, v. 37 No. 2-3, pp. 255-263, 2006).
Недостатком материала-прототипа является пониженная коррозионная стойкость из-за вероятности возникновения гальванической коррозии вследствие различия химических потенциалов алюминиевого сплава и углепластика. Кроме того, процесс анодирования поверхности алюминиевого сплава в хромовой кислоте является экологически небезопасным, так как использование Сr6 вредит окружающей среде и обладает канцерогенным эффектом.The disadvantage of the material of the prototype is reduced corrosion resistance due to the likelihood of galvanic corrosion due to differences in chemical potentials of aluminum alloy and carbon fiber. In addition, the process of anodizing the surface of an aluminum alloy in chromic acid is environmentally unsafe, since the use of Cr 6 is harmful to the environment and has a carcinogenic effect.
Наличие на металле защитного анодно-окисного покрытия не является препятствием для возникновения электрического тока при контакте углепластика и алюминиевого сплава. Наиболее опасным с точки зрения электрохимической коррозии является контакт алюминиевых сплавов с углепластиками, разность потенциалов с которыми достигает 1,5 В, при этом в большей степени уязвимы места контакта плоскостей из углепластика и алюминиевых сплавов и места постановки крепежа. Вода, которая поглощается полимерным композиционным материалом за счет адсорбции атмосферной влаги, также способствует возникновению коррозионных процессов. Для обеспечения коррозионной стойкости алюминиевого сплава в составе композита «алюминий-углепластик» в течение длительного хранения и эксплуатации, в процессе которых материал может подвергаться отрицательному воздействию климатических условий и различных коррозионных сред, необходимо исключить возможность возникновения электрохимического взаимодействия между листами алюминиевого сплава и слоями углепластика. Для обеспечения коррозионной стойкости использован разделительный антикоррозионный слой из стеклопластика на основе стеклянной ткани и связующего.The presence of a protective anode-oxide coating on the metal is not an obstacle to the occurrence of electric current when carbon fiber and aluminum alloy come into contact. The most dangerous from the point of view of electrochemical corrosion is the contact of aluminum alloys with carbon plastics, the potential difference with which reaches 1.5 V, while the contact points of the carbon fiber and aluminum alloy planes and the mounting location are more vulnerable. Water, which is absorbed by the polymer composite material due to adsorption of atmospheric moisture, also contributes to the occurrence of corrosion processes. In order to ensure the corrosion resistance of the aluminum alloy in the aluminum-carbon composite composite during long-term storage and operation, during which the material may be adversely affected by climatic conditions and various corrosive environments, it is necessary to exclude the possibility of the occurrence of electrochemical interaction between the aluminum alloy sheets and the carbon fiber layers. To ensure corrosion resistance, a separating anticorrosive layer of fiberglass based on glass fabric and a binder was used.
Техническим результатом предложенного изобретения является создание композиционного слоистого материала с повышенной антикоррозионной стойкостью и высокими механическими характеристиками, с модулем упругости не менее, чем у алюминиевого сплава, и высокой межслойной адгезией.The technical result of the proposed invention is the creation of a composite layered material with increased anti-corrosion resistance and high mechanical characteristics, with an elastic modulus of not less than that of an aluminum alloy, and high interlayer adhesion.
Для достижения технического результата предложен состав композиционного слоистого материала и способ его получения, а именно композиционный слоистый материал, содержащий, по меньшей мере, два слоя алюминиевого сплава, причем каждый алюминиевый слой выполнен с анодированной поверхностью и, по меньшей мере, один чередующийся со слоями алюминиевого сплава слой углепластика, включающий эпоксидное связующее и углеродные волокна, при этом между слоем алюминиевого сплава и слоем углепластика расположен антикоррозионный слой, выполненный с возможностью защиты от электрохимической коррозии, включающий наполнитель, выполненный из стеклоткани, и вышеуказанное эпоксидное связующее.To achieve a technical result, the composition of the composite layered material and the method for its preparation are proposed, namely, a composite layered material containing at least two layers of aluminum alloy, each aluminum layer having an anodized surface and at least one alternating with aluminum layers alloy layer of carbon fiber, including an epoxy binder and carbon fibers, while between the layer of aluminum alloy and the layer of carbon fiber is an anti-corrosion layer made with the possibility of protection against electrochemical corrosion, including a filler made of fiberglass, and the above epoxy binder.
Композиционный слоистый материал может содержать слои алюминиевого сплава, выполненные из высокопрочного алюминиевого сплава.The composite laminate may comprise aluminum alloy layers made of high strength aluminum alloy.
Композиционный слоистый материал может содержать углеродные волокна, которые являются высокопрочными (карбонизированные волокна с температурой термообработки до 1500°C) или высокомодульными (графитизированные волокна с температурой термообработки до 2800°C).The composite laminate may contain carbon fibers that are high strength (carbonized fibers with a heat treatment temperature of up to 1500 ° C) or high modulus (graphitized fibers with a heat treatment temperature of up to 2800 ° C).
Композиционный слоистый материал может содержать объемное содержание эпоксидного связующего в слое углепластика 35-45%.The composite laminate may contain a volumetric content of epoxy binder in the carbon fiber layer of 35-45%.
Композиционный слоистый материал может иметь анодированную поверхность алюминиевого сплава, полученную путем анодирования в комбинированном электролите с наполнением в танине.The composite laminate may have an anodized surface of an aluminum alloy obtained by anodizing in a combined electrolyte filled with tannin.
Способ получения композиционного слоистого материала заключается в том, что пропитывают эпоксидным связующим углеродные волокна и антикоррозионный слои, формируют заготовку композиционного слоистого материала путем послойной выкладки слоев алюминия, углепластика и антикоррозионного слоев, а затем осуществляется автоклавное формование или прессование указанной заготовки за один цикл прессования или автоклавного формования.A method of obtaining a composite layered material is to impregnate carbon fibers and anticorrosive layers with an epoxy binder, form a blank of the composite layered material by layering layers of aluminum, carbon fiber and anticorrosive layers, and then the blank is autoclaved or pressed in one press cycle or autoclaved molding.
Использование антикоррозионных слоев с тем же эпоксидным связующим, что и в слое углепластика, позволяет создать градиентный переход между материалами различной химической природы и обладающими различными модулями упругости (алюминиевыми и углепластиковыми слоями). Благодаря этому создаются условия для обеспечения совместной работы слоев алюминиевого сплава и углепластика при механическом нагружении и уменьшения межслойных напряжений. Кроме создания градиентного перехода от углепластика к алюминиевому сплаву антикоррозионный слой выполняет задачу обеспечения надежной защиты алюминиевых слоев от электрохимической коррозии, предотвращая непосредственный контакт алюминиевого сплава и углепластика. В составе антикоррозионного слоя использовано тоже эпоксидное связующее, что и в слоях углепластиков, - это упрощает технологический процесс изготовления композита, благоприятно влияет на свойства слоистого композиционного материла, такие как адгезия между слоями и механические характеристики.The use of anticorrosive layers with the same epoxy binder as in the carbon fiber layer allows creating a gradient transition between materials of different chemical nature and having different elastic moduli (aluminum and carbon fiber layers). Due to this, conditions are created to ensure the joint work of the layers of aluminum alloy and carbon fiber under mechanical loading and reduce interlayer stresses. In addition to creating a gradient transition from carbon fiber to aluminum alloy, the anticorrosive layer also performs the task of providing reliable protection of aluminum layers from electrochemical corrosion, preventing direct contact between the aluminum alloy and carbon fiber. The anticorrosive layer also uses an epoxy binder, which is also used in carbon fiber layers, which simplifies the manufacturing process of the composite and favorably affects the properties of the layered composite material, such as adhesion between layers and mechanical characteristics.
Использование в качестве подготовки поверхности анодно-окисного покрытия, наносимого в комбинированном электролите с наполнением в танине, обеспечивает экологическую безопасность технологического процесса и обеспечивает высокие адгезионные характеристики при создании слоистого металлополимерного композиционного материала «алюминий-углепластик».The use of an anodic oxide coating applied in a combined electrolyte filled with tannin as a surface preparation ensures the environmental safety of the process and provides high adhesion characteristics when creating a layered aluminum-carbon plastic composite material.
Для изготовления заявляемого металлополимерного композиционного материала используется метод совместного формования пакета, состоящего из слоев алюминиевого сплава, слоев пропитанных эпоксидным связующим углеродного наполнителя и слоев, пропитанных эпоксидным связующим стеклянного наполнителя. Изготовление материала за одну технологическую операцию позволяет получать более монолитный и стабильный материал с менее дефектной структурой.For the manufacture of the inventive metal-polymer composite material, the method of co-forming a bag consisting of layers of aluminum alloy, layers impregnated with an epoxy binder of a carbon filler and layers impregnated with an epoxy binder of a glass filler is used. The manufacture of the material in one technological operation allows to obtain a more monolithic and stable material with a less defective structure.
Примеры осуществленияExamples of implementation
Пример 1Example 1
Композиционный слоистый материал состоит: из трех листов алюминиевого сплава Д16-АТ (ОСТ 1.90166-75) толщиной 0,3 мм, двух слоев углепластика толщиной 0,5 мм из углеродного волокна в виде однонаправленной ткани с поверхностной плотностью 136 г/м2 с четырьмя разделительными слоями стеклопластика толщиной 0,02 мм и эпоксидного расплавного связующего. Пакет композиционного слоистого материала собирается следующем образом. На слой алюминиевого сплава Д16-АТ выкладываются слой препрега разделительного слоя и препрега армирующего наполнителя, которые накрываются еще одним разделительным слоем и слоем алюминиевого сплава. На второй слой алюминиевого сплава Д16-АТ также выкладываются слой препрега разделительного слоя и препрега армирующего наполнителя, которые накрываются еще одним разделительным слоем и слоем алюминиевого сплава. Материал получают методом прямого прессования или автоклавного формования. Изученный пример осуществления изобретения показал высокие механические характеристики: прочность при растяжении входит в диапазон 1000÷1100 МПа, модуль упругости при растяжении входит в диапазон 90÷100 ГПа, скорость роста трещин усталости dl/dN мкм/цикл (ΔΚ=31 МПа м1/2) равна 0,03. Все вышеуказанные значения механических характеристик реализуются при плотности 2,2 г/см3.Composite layered material consists of: three sheets of aluminum alloy D16-AT (OST 1.90166-75) 0.3 mm thick, two layers of carbon fiber 0.5 mm thick made of carbon fiber in the form of a unidirectional fabric with a surface density of 136 g / m 2 with four separating layers of fiberglass with a thickness of 0.02 mm and an epoxy melt binder. The composite laminate package is assembled as follows. A layer of a prepreg of a separation layer and a prepreg of a reinforcing filler are laid on a layer of aluminum alloy D16-AT, which are covered by another separation layer and a layer of aluminum alloy. A layer of prepreg of the separation layer and prepreg of the reinforcing filler are also laid out on the second layer of the aluminum alloy D16-AT, which are covered by another separation layer and a layer of aluminum alloy. The material is obtained by direct compression or autoclave molding. The studied embodiment of the invention showed high mechanical characteristics: tensile strength is in the range of 1000 ÷ 1100 MPa, tensile modulus is in the range of 90 ÷ 100 GPa, the growth rate of fatigue cracks dl / dN μm / cycle (ΔΚ = 31 MPa m 1 / 2 ) is equal to 0.03. All of the above values of the mechanical characteristics are realized at a density of 2.2 g / cm 3 .
Пример 2Example 2
Композиционный слоистый материал состоит: из трех листов алюминиевого сплава Д16-АТ (ОСТ 1.90166-75) толщиной 0,3 мм, двух слоев углепластика толщиной 0,44 мм из углеродного волокна в виде равнопрочной ткани с поверхностной плотностью 240 г/м с четырьмя разделительными слоями стеклопластика толщиной 0,06 и эпоксидного расплавного связующего. Пакет композиционного слоистого материала собирается следующем образом. На слой алюминиевого сплава Д16-АТ выкладываются слой препрега разделительного слоя и препрега армирующего наполнителя, которые накрываются еще одним разделительным слоем и слоем алюминиевого сплава. На второй слой алюминиевого сплава Д16-АТ также выкладываются слой препрега разделительного слоя и препрега армирующего наполнителя, которые накрываются еще одним разделительным слоем и слоем алюминиевого сплава. Материал получают методом прямого прессования или автоклавного формования. Изученный пример осуществления изобретения показал высокие механические характеристики: прочность при растяжении входит в диапазон 400÷500 МПа, модуль упругости при растяжении входит в диапазон 40÷55 ГПа, скорость роста трещин усталости dl/dN мкм/цикл (ΔΚ=31 МПа м1/2) равна 0,05. Все вышеуказанные значения механических характеристик реализуются при плотности 2,2 г/см3.Composite layered material consists of: three sheets of aluminum alloy D16-AT (OST 1.90166-75) 0.3 mm thick, two layers of carbon fiber 0.44 mm thick made of carbon fiber in the form of an equal strength fabric with a surface density of 240 g / m with four separation layers of fiberglass with a thickness of 0.06 and an epoxy melt binder. The composite laminate package is assembled as follows. A layer of a prepreg of a separation layer and a prepreg of a reinforcing filler are laid on a layer of aluminum alloy D16-AT, which are covered by another separation layer and a layer of aluminum alloy. A layer of prepreg of the separation layer and prepreg of the reinforcing filler are also laid out on the second layer of the aluminum alloy D16-AT, which are covered by another separation layer and a layer of aluminum alloy. The material is obtained by direct compression or autoclave molding. The studied embodiment of the invention showed high mechanical characteristics: tensile strength included in the range 400 ÷ 500 MPa, tensile modulus included in the range 40 ÷ 55 GPa, the growth rate of fatigue cracks dl / dN μm / cycle (ΔΚ = 31 MPa m 1 / 2 ) is 0.05. All of the above values of the mechanical characteristics are realized at a density of 2.2 g / cm 3 .
Пример 3Example 3
Композиционный слоистый материал состоит: из трех листов алюминиевого сплава В95-АТ2 (опытный образец) толщиной 0,3 мм, двух слоев углепластика толщиной 0,5 мм из углеродного волокна в виде однонаправленной ткани с поверхностной плотностью 136 г/м2 с четырьмя разделительными слоями стеклопластика толщиной 0,02 и эпоксидного расплавного связующего. Пакет композиционного слоистого материала собирается следующем образом. На слой алюминиевого сплава В95-АТ2 выкладываются слой препрега разделительного слоя и препрега армирующего наполнителя, которые накрываются еще одним разделительным слоем и слоем алюминиевого сплава. На второй слой алюминиевого сплава В95-АТ2 также выкладываются слой препрега разделительного слоя и препрега армирующего наполнителя, которые накрываются еще одним разделительным слоем и слоем алюминиевого сплава. Материал получают методом прямого прессования или автоклавного формования. Изученный пример осуществления изобретения показал высокие механические характеристики: прочность при растяжении входит в диапазон 100÷1100 МПа, модуль упругости при растяжении входит в диапазон 90÷100 ГПа, скорость роста трещин усталости dl/dN мкм/цикл (ΔΚ=31 МПа м1/2) равна 0,03. Все вышеуказанные значения механических характеристик реализуются при плотности 2,2 г/см3.Composite layered material consists of: three sheets of aluminum alloy B95-AT2 (prototype) 0.3 mm thick, two layers of carbon fiber 0.5 mm thick made of carbon fiber in the form of a unidirectional fabric with a surface density of 136 g / m 2 with four separation layers fiberglass with a thickness of 0.02 and an epoxy melt binder. The composite laminate package is assembled as follows. A layer of a prepreg of a separation layer and a prepreg of a reinforcing filler are laid on a layer of aluminum alloy B95-AT2, which are covered by another separation layer and a layer of aluminum alloy. A layer of a prepreg of the separation layer and a prepreg of the reinforcing filler are also laid out on the second layer of the aluminum alloy B95-AT2, which are covered with another separation layer and a layer of aluminum alloy. The material is obtained by direct compression or autoclave molding. The studied embodiment of the invention showed high mechanical characteristics: tensile strength included in the range 100 ÷ 1100 MPa, tensile modulus included in the range 90 ÷ 100 GPa, the growth rate of fatigue cracks dl / dN μm / cycle (ΔΚ = 31 MPa m 1 / 2 ) is equal to 0.03. All the above values of the mechanical characteristics realized at a density of 2.2 g / cm 3.
Пример 4Example 4
Композиционный слоистый материал состоит: из трех листов алюминиевого сплава В95-АТ2 (опытный образец) толщиной 0,3 мм, двух слоев углепластика толщиной 0,44 мм из углеродного волокна в виде равнопрочной ткани с поверхностной плотностью 240 г/м2 с четырьмя разделительными слоями стеклопластика толщиной 0,06 и эпоксидного расплавного связующего. Пакет композиционного слоистого материала собирается следующем образом. На слой алюминиевого сплава В95-АТ2 выкладываются слой препрега разделительного слоя и препрега армирующего наполнителя, которые накрываются еще одним разделительным слоем и слоем алюминиевого сплава. На второй слой алюминиевого сплава В95-АТ2 также выкладываются слой препрега разделительного слоя и препрега армирующего наполнителя, которые накрываются еще одним разделительным слоем и слоем алюминиевого сплава. Материал получают методом прямого прессования или автоклавного формования. Изученный пример осуществления изобретения показал высокие механические характеристики: прочность при растяжении входит в диапазон 400÷600 МПа, модуль упругости при растяжении входит в диапазон 40÷60 ГПа, скорость роста трещин усталости dl/dN мкм/цикл (ΔΚ=31 МПа м1/2) равна 0,05. Все вышеуказанные значения механических характеристик реализуются при плотности 2,2 г/см3.Composite layered material consists of: three sheets of aluminum alloy B95-AT2 (prototype) 0.3 mm thick, two layers of carbon fiber 0.44 mm thick made of carbon fiber in the form of an equally strong fabric with a surface density of 240 g / m 2 with four separation layers fiberglass with a thickness of 0.06 and an epoxy melt binder. The composite laminate package is assembled as follows. A layer of a prepreg of a separation layer and a prepreg of a reinforcing filler are laid on a layer of aluminum alloy B95-AT2, which are covered by another separation layer and a layer of aluminum alloy. A layer of a prepreg of the separation layer and a prepreg of the reinforcing filler are also laid out on the second layer of the aluminum alloy B95-AT2, which are covered with another separation layer and a layer of aluminum alloy. The material is obtained by direct compression or autoclave molding. The studied embodiment of the invention showed high mechanical characteristics: tensile strength included in the range 400 ÷ 600 MPa, tensile modulus included in the range 40 ÷ 60 GPa, fatigue crack growth rate dl / dN μm / cycle (ΔΚ = 31 MPa m 1 / 2 ) is 0.05. All of the above values of the mechanical characteristics are realized at a density of 2.2 g / cm 3 .
Пример 5Example 5
Композиционный слоистый материал состоит: из двух листов алюминиевого сплава Д16-АТ (ГОСТ 4784-84) толщиной 1 мм, одного слоя углепластика толщиной 0,14 мм из углеродного волокна в виде однонаправленной ткани с поверхностной плотностью 136 г/м2 с двумя разделительными слоями стеклопластика толщиной 0,02 и эпоксидного расплавного связующего. Пакет композиционного слоистого материала собирается следующем образом. На слой алюминиевого сплава Д16-АТ выкладываются слой препрега разделительного слоя и препрега армирующего наполнителя, которые накрываются еще одним разделительным слоем и слоем алюминиевого сплава. Материал получают методом прямого прессования или автоклавного формования. Изученный пример осуществления изобретения показал высокие механические характеристики: прочность при растяжении входит в диапазон 400÷500 МПа, модуль упругости при растяжении входит в диапазон 65÷70 ГПа.Composite layered material consists of: two sheets of aluminum alloy D16-AT (GOST 4784-84) 1 mm thick, one layer of carbon fiber 0.14 mm thick made of carbon fiber in the form of a unidirectional fabric with a surface density of 136 g / m 2 with two separation layers fiberglass with a thickness of 0.02 and an epoxy melt binder. The composite laminate package is assembled as follows. A layer of a prepreg of a separation layer and a prepreg of a reinforcing filler are laid on a layer of aluminum alloy D16-AT, which are covered by another separation layer and a layer of aluminum alloy. The material is obtained by direct compression or autoclave molding. The studied embodiment of the invention showed high mechanical characteristics: tensile strength is in the range of 400 ÷ 500 MPa, the tensile modulus is in the range of 65 ÷ 70 GPa.
У всех примеров изобретения отсутствовали какие-либо признаки поражения слоев алюминия электрохимической коррозией. В качестве алюминиевого слоя могут быть использованы другие алюминиевые сплавы (например, сплавы 1163, 1420 и др.).All examples of the invention lacked any signs of damage to the aluminum layers by electrochemical corrosion. As the aluminum layer, other aluminum alloys can be used (for example, alloys 1163, 1420, etc.).
В таблице 1 приведены составы заявляемого слоистого композиционного материала по примерам 1-5.Table 1 shows the compositions of the inventive layered composite material according to examples 1-5.
Указанное изделие может производиться доступными методами и на имеющемся оборудовании.The specified product can be produced by available methods and on existing equipment.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014121657/05A RU2565186C1 (en) | 2014-05-28 | 2014-05-28 | Composite layered material and method of producing same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014121657/05A RU2565186C1 (en) | 2014-05-28 | 2014-05-28 | Composite layered material and method of producing same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2565186C1 true RU2565186C1 (en) | 2015-10-20 |
Family
ID=54327076
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014121657/05A RU2565186C1 (en) | 2014-05-28 | 2014-05-28 | Composite layered material and method of producing same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2565186C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999010168A1 (en) * | 1997-08-21 | 1999-03-04 | Toray Industries, Inc. | Light metal/cfrp structural member |
| RU2185964C1 (en) * | 2001-01-19 | 2002-07-27 | Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" | Composite laminated material and article made of it |
| RU2185963C1 (en) * | 2000-12-19 | 2002-07-27 | Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" | Composite laminated material and article manufactured from it |
| WO2009000863A1 (en) * | 2007-06-26 | 2008-12-31 | Airbus Operations Gmbh | Corrosion-resistant connection between a first component and a second component |
-
2014
- 2014-05-28 RU RU2014121657/05A patent/RU2565186C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999010168A1 (en) * | 1997-08-21 | 1999-03-04 | Toray Industries, Inc. | Light metal/cfrp structural member |
| RU2185963C1 (en) * | 2000-12-19 | 2002-07-27 | Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" | Composite laminated material and article manufactured from it |
| RU2185964C1 (en) * | 2001-01-19 | 2002-07-27 | Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" | Composite laminated material and article made of it |
| WO2009000863A1 (en) * | 2007-06-26 | 2008-12-31 | Airbus Operations Gmbh | Corrosion-resistant connection between a first component and a second component |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Bhagwat et al. | Mechanical properties of hybrid glass/carbon fiber reinforced epoxy composites | |
| US20130316148A1 (en) | Metal sheet-fiber reinforced composite laminate | |
| Cortes et al. | Fracture properties of a fiber-metal laminates based on magnesium alloy | |
| JP4752566B2 (en) | Aircraft structure | |
| US20180066797A1 (en) | Fiber reinforced polymer matrix composite structure and high pressure container, and method of manufacturing the same | |
| Stoll et al. | The effect of an elastomer interlayer thickness variation on the mechanical properties of Fiber-Metal-Laminates | |
| Benyahia et al. | Effect of water absorption on the adhesive damage in bonded composite repair of aircraft structures | |
| Alshamma et al. | Optimization of delamination resistance of vacuum infused glass laminate aluminum reinforced epoxy (GLARE) using various surface preparation techniques | |
| Di Franco et al. | Influence of anodizing surface treatment on the aging behavior in salt-fog environment of aluminum alloy 5083 to fiber reinforced composites adhesive joints | |
| RU2185964C1 (en) | Composite laminated material and article made of it | |
| RU2565186C1 (en) | Composite layered material and method of producing same | |
| EP1767343A4 (en) | Laminated composite material and a product made thereof | |
| Mathivanan et al. | Metal thickness, fiber volume fraction effect on the tensile properties, debonding of hybrid laminates | |
| RU2595684C1 (en) | Composite layered material with complex anticorrosion protection system | |
| Petrova et al. | Film structural adhesives | |
| Chandrasekar et al. | Tensile and flexural properties of the hybrid flax/carbon based fibre metal laminate | |
| RU2676637C1 (en) | Fire-resistant layered metal glass plastic and a product made from it | |
| JP7117318B2 (en) | Plastic cap filled with sealing compound for combined protection against fuel and hydraulic oil and lightning strikes | |
| RU2812315C1 (en) | Titanium polymer laminate material and products made of it | |
| RU2641744C1 (en) | Layer hybrid composite material and the product made of it | |
| Dincă et al. | Aluminum/glass fibre and aluminum/carbon fibre hybrid laminates | |
| Husain et al. | Experimental analysis of bending and tensile behaviour of aluminium-based fibre metal laminates | |
| Diharjo et al. | Adhesive nanosilica/aluminium powder—Epoxy for joint application on composite car body of electrical vehicle | |
| Stefan et al. | Mechanical testing of CFRP materials for application as skins of sandwich composites | |
| Kadhum et al. | Improvement and Properties of Fiber Metal Laminates Used in Aircraft Wing by Using Graphite-Polyester |