RU2641744C1 - Layer hybrid composite material and the product made of it - Google Patents

Layer hybrid composite material and the product made of it Download PDF

Info

Publication number
RU2641744C1
RU2641744C1 RU2017106942A RU2017106942A RU2641744C1 RU 2641744 C1 RU2641744 C1 RU 2641744C1 RU 2017106942 A RU2017106942 A RU 2017106942A RU 2017106942 A RU2017106942 A RU 2017106942A RU 2641744 C1 RU2641744 C1 RU 2641744C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layers
sheets
fiberglass
alloy
reinforcing filler
Prior art date
Application number
RU2017106942A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владислав Валерьевич Антипов
Евгений Николаевич Каблов
Наталья Юрьевна Серебренникова
Наталья Филипповна Лукина
Ольга Григорьевна Сенаторова
Андрей Леонидович Иванов
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ")
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 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ")
Priority to RU2017106942A priority Critical patent/RU2641744C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2641744C1 publication Critical patent/RU2641744C1/en

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
    • B32B15/00Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/04Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B32B15/08Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of synthetic resin
    • 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
    • B32B15/00Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/20Layered products comprising a layer of metal comprising aluminium or copper

Landscapes

  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

FIELD: construction.
SUBSTANCE: composite material contains external and internal layers of Al-Li alloys and layers of fiberglass based on adhesive prepregs with reinforcing filler. As outer layers, Al-Li sheets of 1-2 mm. As internal layers, Al-Li sheets with a thickness of 0.3-0.5 mm in an amount not less than three. Layers of fiberglass, located under external Al-Li layers are made on the basis of glutinous prepreg on satin weave fiberglass reinforcing fillers content not more than 40 per cent of the bulk.
EFFECT: increasing the resource, the bearing capacity for compression and the weight efficiency of products.
7 cl, 1 dwg, 3 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к области слоистых гибридных композиционных материалов, содержащих внешние и внутренние листы из алюминий-литиевых сплавов и слои стеклопластика на основе клеевых препрегов с разным содержанием армирующего наполнителя, применяемых в качестве конструкционного материала для силовых обшивок крыла самолета, а также для использования в других транспортных средствах.The invention relates to the field of layered hybrid composite materials containing external and internal sheets of aluminum-lithium alloys and fiberglass layers based on adhesive prepregs with different content of reinforcing filler, used as a structural material for power skins of an aircraft wing, as well as for use in other transport means.

Многие годы обшивки крыла изготавливаются механической обработкой плит (листов, прессованных панелей): верхние из высокопрочных сплавов типа В95очТ2 (7475-Т76 за рубежом), отличающиеся, главным образом, повышенной статической прочностью при сжатии, нижние из ресурсных среднепрочных сплавов типа 1163Т (2524-Т351 за рубежом), отличающиеся повышенными характеристиками пластичности и трещиностойкости, и используются как монолитные стрингерные конструкции, с толщиной обработанного полотна ~5-10 мм (А.А. Туполев, В.В. Сулименков, В.К. Зельтин. Повышение эксплуатационных характеристик и эффективности конструкций пассажирских самолетов. Металловедение алюминиевых сплавов М., Наука, 1985, с. 22-40; О.Г. Сенаторова, В.В. Антипов, А.В. Бронз, А.В. Сомов, Н.Ю. Серебренникова. Высокопрочные и сверхпрочные сплавы традиционной системы Al-Zn-Mg-Cu, их роль в технике и возможности развития // ТЛС, 2016, №2, с. 43-49).For many years, wing sheathing has been made by machining plates (sheets, pressed panels): upper ones from high-strength alloys of type B95ochT2 (7475-T76 abroad), differing mainly in high static compressive strength, lower ones from resource medium-strength alloys of type 1163T (2524- T351 abroad), characterized by increased characteristics of ductility and fracture toughness, and are used as monolithic stringer structures with a processed web thickness of ~ 5-10 mm (A.A. Tupolev, VV Sulimenkov, VK Zeltin. lutational characteristics and design efficiency of passenger aircraft.Metal science of aluminum alloys M., Nauka, 1985, pp. 22-40; OG Senatorova, VV Antipov, AV Bronz, AV Somov, N. Yu. Serebrennikova, High-strength and heavy-duty alloys of the traditional Al-Zn-Mg-Cu system, their role in technology and development possibilities // TLS, 2016, No. 2, pp. 43-49).

Известен класс слоистых гибридных алюмостеклопластиков под маркой GLARE (Glass + Aluminium + Reinforced), которые предложены и реализованы в обшивке фюзеляжа фирмой AKZO (Нидерланды) (ЕР 0312151 А1, опубл. 1989), состоящие из тонких одинаковой толщины (0,2-0,5 мм) листов традиционных сплавов систем легирования Al-Cu-Mg (2024-Т3 - типа Д16чТ) и Al-Zn-Mg-Cu (7475-Т76 - типа В95очТ2) и промежуточных слоев стеклопластика, как правило, на клеевом связующем, армированным непрерывными стекловолокнами из стекла типа S (серии ВМП в России).A known class of laminated hybrid aluminum-glass-reinforced plastics under the brand GLARE (Glass + Aluminum + Reinforced), which are proposed and implemented in the fuselage skin by AKZO (Netherlands) (EP 0312151 A1, publ. 1989), consisting of thin, uniform thicknesses (0.2-0, 5 mm) of sheets of traditional alloys of alloying systems Al-Cu-Mg (2024-T3 - type D16chT) and Al-Zn-Mg-Cu (7475-T76 - type B95ochT2) and intermediate layers of fiberglass, usually on an adhesive binder, reinforced continuous glass fibers of type S glass (VMP series in Russia).

Известны российские слоистые композиционные гибридные алюмостеклопластики марки СИАЛ (Стекло И Алюминий) пониженной плотности и повышенного модуля упругости на базе тонких листов из Al-Li сплавов типа ресурсного 1441 (RU №2185964, опубл. 27.07.2002; RU №2565215, опубл. 20.10.2015 г.), обозначенные маркой СИАЛ-1-1Р.Known Russian layered composite hybrid aluminum-glass plastic SIAL (Glass And Aluminum) low density and high elastic modulus based on thin sheets of Al-Li alloys of the resource type 1441 (RU No. 2185964, publ. 07.27.2002; RU No. 2565215, publ. 20.10. 2015), marked with the SIAL-1-1P brand.

Материалы (GLARE и СИАЛ) используются в виде относительно тонких обшивок фюзеляжа толщиной до 2,5 мм (максимальной структуры 6/5, где 6 - количество алюминиевых листов и 5 - количество прослоек стеклопластика). Основные недостатки известных слоистых алюмостеклопластиков (GLARE и СИАЛ) применительно к крыльевым панелям состоят в следующем: при использовании в обшивках крыла требуется большая многослойность, при которой резко возрастает трудоемкость изготовления композита - усложняется подготовка поверхности тонких Al-Li листов (анодное окисление и покрытие грунтом) и ручная выкладка большего количества слоев клеевых препрегов; параллельно нарастают проблемы дефектности и трудности их определения.Materials (GLARE and SIAL) are used in the form of relatively thin fuselage skins up to 2.5 mm thick (maximum structure 6/5, where 6 is the number of aluminum sheets and 5 is the number of fiberglass layers). The main disadvantages of the known laminated aluminum-glass-reinforced plastics (GLARE and SIAL) as applied to wing panels are as follows: when used in wing skins, a large multilayer is required, which dramatically increases the complexity of manufacturing the composite - the preparation of the surface of thin Al-Li sheets is complicated (anodic oxidation and soil coating) and manual laying out of more layers of adhesive prepregs; at the same time, the problems of defectiveness and difficulties in their determination are growing.

По этим основным причинам разработанные многослойные материалы класса СИАЛ и GLARE сложно применять в массивных обшивках крыла увеличенной толщины.For these main reasons, the developed multilayer materials of the SIAL and GLARE class are difficult to use in massive wing skins of increased thickness.

Из уровня техники известен градиентный металлостеклопластик, состоящий из внешних листов одинаковой толщины высокомодульного Al-Li сплава с пределом текучести в диапазоне 300-400 МПа и слоев стеклопластика на базе термореактивного клеевого связующего с армирующим наполнителем из стекловолокон в виде тканей или ровинга. Он содержит внутренние листы из высокопрочного Al-Li сплава с пределом текучести более 500 МПа, причем каждый слой стеклопластика расположен между упомянутым внутренним листом и внешними листами, толщина внутреннего листа составляет 25-40% от общей толщины градиентного металлостеклопластика (RU 2565215, опубл. 20.10.2015, В32В 15/08).Gradient metal-fiberglass plastic is known from the prior art, consisting of external sheets of the same thickness of a high-modulus Al-Li alloy with a yield strength in the range of 300-400 MPa and fiberglass layers based on a thermosetting adhesive binder with fiberglass reinforcing in the form of fabrics or roving. It contains inner sheets of high-strength Al-Li alloy with a yield strength of more than 500 MPa, with each fiberglass layer located between the said inner sheet and the outer sheets, the thickness of the inner sheet is 25-40% of the total thickness of the gradient metal-plastic (RU 2565215, publ. 20.10 .2015, B32B 15/08).

Ближайшим аналогом заявленного изобретения является слоистый композиционный материал, состоящий из чередующихся алюминиевых листов и слоев стеклопластика с термореактивным связующим и армирующим наполнителем. Материал содержит, по крайней мере, два слоя алюминиевых листов, один из которых выполнен из высокомодульного Al-Li сплава пониженной плотности с содержанием Li более 1,5%, а другой - из сплава системы Al-Mg-Si при соотношении толщин слоев (70-12):1 (RU 2270098, опубл. 20.02.2006, В32В 15/08).The closest analogue of the claimed invention is a layered composite material consisting of alternating aluminum sheets and layers of fiberglass with a thermosetting binder and reinforcing filler. The material contains at least two layers of aluminum sheets, one of which is made of a high-modulus Al-Li alloy of reduced density with a Li content of more than 1.5%, and the other is made of an alloy of the Al-Mg-Si system with a ratio of layer thicknesses (70 -12): 1 (RU 2270098, publ. 02.20.2006, B32B 15/08).

Недостатками данных материалов является малая толщина, пониженные несущая способность и сопротивление сжатию, недостаточная жесткость.The disadvantages of these materials are small thickness, reduced bearing capacity and compression resistance, insufficient rigidity.

Технической задачей настоящего изобретения является создание слоистого гибридного композиционного материала на основе листов разной толщины из двух Al-Li сплавов и слоев стеклопластиков, обладающего повышенными ресурсом и несущей способностью при сжатии, при высоком сопротивлении усталостному разрушению, пониженной плотности, высокой прочности, повышенном модуле упругости, для конструкционного применения в основных силовых элементах планера самолета (типа обшивок крыла) и другой транспортной технике.An object of the present invention is to provide a layered hybrid composite material based on sheets of different thicknesses from two Al-Li alloys and fiberglass layers, which has an increased resource and compressive strength, high resistance to fatigue failure, low density, high strength, high elastic modulus, for structural use in the main power elements of an airplane glider (such as wing skins) and other transport equipment.

Технический результат заявленного изобретения заключается в создании слоистого гибридного композиционного материала на основе Al-Li листов с повышенным ресурсом и несущей способностью при сжатии, при сохранении высокого сопротивления усталостному разрушению и прочности, пониженной плотности, повышенного модуля упругости.The technical result of the claimed invention is to create a layered hybrid composite material based on Al-Li sheets with an increased resource and compressive strength, while maintaining high resistance to fatigue fracture and strength, low density, increased elastic modulus.

Для решения поставленной задачи предложен слоистый гибридный композиционный материал, содержащий внешние и внутренние слои из Al-Li сплавов и слои стеклопластика на базе клеевых препрегов с армирующим наполнителем. В качестве внешних слоев применяются Al-Li листы толщиной 1-2 мм. В качестве внутренних слоев используются Al-Li листы толщиной 0,3-0,5 мм в количестве не менее трех, при этом слои стеклопластика, расположенные под внешними Al-Li слоями, выполнены на основе клеевого препрега в виде стеклоткани сатинового плетения с содержанием армирующего наполнителя не более 40 объемных процентов (об. %).To solve this problem, a layered hybrid composite material is proposed containing external and internal layers of Al-Li alloys and fiberglass layers based on adhesive prepregs with reinforcing filler. As external layers, Al-Li sheets with a thickness of 1-2 mm are used. The inner layers are Al-Li sheets with a thickness of 0.3-0.5 mm in an amount of at least three, while the fiberglass layers located under the outer Al-Li layers are made on the basis of an adhesive prepreg in the form of a satin weave fiberglass with a reinforcing content filler no more than 40 volume percent (vol.%).

В качестве металлических слоев используются листы из Al-Li сплавов с пониженной плотностью и повышенным модулем упругости при растяжении. Например, для внешних слоев - листы из Al-Li сплава с плотностью не более 2690 кг/м3 и модулем упругости при растяжении не менее 76 ГПа, для внутренних металлических слоев - листы из Al-Li сплава с плотностью не более 2620 кг/м3 и модулем упругости при растяжении не менее 78 ГПа.As metal layers, sheets of Al-Li alloys with a reduced density and a high tensile modulus are used. For example, for the outer layers - sheets of Al-Li alloy with a density of not more than 2690 kg / m 3 and tensile modulus of at least 76 GPa, for the inner metal layers - sheets of Al-Li alloy with a density of not more than 2620 kg / m 3 and a tensile modulus of at least 78 GPa.

Между внутренними листами Al-Li сплава может применяться стеклопластик, армированный стекловолокном не менее 60 объемных процентов.Between the inner sheets of the Al-Li alloy, fiberglass reinforced with fiberglass of at least 60 volume percent can be used.

Армирующий наполнитель между внутренними листами Al-Li сплава может быть выполнен в виде однонаправленной стеклоткани (с основой из высокопрочных стеклянных волокон и с утком из волокон легкоплавкого полимерного материала) или в виде стеклоровинга. Основа армирующего наполнителя между внутренними листами Al-Li сплава может быть выполнена из стеклянных волокон диаметром 5-20 мкм, плотностью 2500-2580 кг/м3, с пределом прочности 4000-5000 МПа, модулем упругости при растяжении 85-100 ГПа.The reinforcing filler between the inner sheets of the Al-Li alloy can be made in the form of unidirectional fiberglass (with a base of high-strength glass fibers and with a weft of fibers of low-melting polymer material) or in the form of glass roving. The base of the reinforcing filler between the inner sheets of the Al-Li alloy can be made of glass fibers with a diameter of 5-20 μm, a density of 2500-2580 kg / m 3 , with a tensile strength of 4000-5000 MPa, a tensile modulus of 85-100 GPa.

Клеевое связующее может быть выполнено на основе смеси эпоксидных смол, модифицированное термопластичным материалом с повышенной температурой отверждения 170-180°C и обеспечивает монолитность слоя стеклопластика и надежную связь между слоями композиционного материала.The adhesive binder can be made on the basis of a mixture of epoxy resins, modified with a thermoplastic material with an increased curing temperature of 170-180 ° C and provides a monolithic layer of fiberglass and reliable bonding between the layers of the composite material.

Предложено также изделие, выполненное из заявленного слоистого гибридного композиционного материала.Also proposed is a product made from the claimed layered hybrid composite material.

Слоистый гибридный алюмополимерный композиционный материал (рис. 1) состоит из чередующихся листов разной толщины из Al-Li сплавов и слоев стеклопластика. Внешние (наружные) листы 1 имеют толщину 1-2 мм и выполнены из высокомодульного Al-Li сплава с плотностью не более 2690 кг/м3, внутренние 3 листы имеют толщину 0,3-0,5 мм и выполнены из высокомодульного Al-Li сплава с плотностью не более 2620 кг/м3. При этом количество внутренних (тонких) листов толщиной 0,3-0,5 мм в структуре составляет не менее трех, между которыми применен стеклопластик 4 с армирующим наполнителем не менее 60 объемных процентов из однонаправленных стеклянных волокон в виде стеклоровинга или однонаправленной стеклоткани. Между внешними листами толщиной 1-2 мм применен стеклопластик 2 на базе клеевого препрега в виде стеклоткани сатинового плетения с содержанием армирующего наполнителя не более 40 объемных процентов.A layered hybrid aluminopolymer composite material (Fig. 1) consists of alternating sheets of different thicknesses from Al-Li alloys and fiberglass layers. External (external) sheets 1 have a thickness of 1-2 mm and are made of high-modulus Al-Li alloy with a density of not more than 2690 kg / m 3 , internal 3 sheets have a thickness of 0.3-0.5 mm and are made of high-modulus Al-Li alloy with a density of not more than 2620 kg / m 3 . The number of internal (thin) sheets 0.3-0.5 mm thick in the structure is at least three, between which fiberglass 4 with a reinforcing filler of at least 60 volume percent of unidirectional glass fibers in the form of glass roving or unidirectional fiberglass is used. Between the outer sheets, 1-2 mm thick, fiberglass 2 based on an adhesive prepreg in the form of a satin weave fiberglass with a reinforcing filler content of not more than 40 volume percent was used.

Предложенная регламентация количества внутренних тонких листов толщиной 0,3-0,5 мм в структуре не менее трех, между которыми применен стеклопластик на базе клеевого препрега с армирующим наполнителем из однонаправленных стеклянных волокон не менее 60 объемных процентов, обеспечивает повышение в 5-10 раз сопротивления росту трещиноусталости слоистого гибридного материала, что ведет к повышению ресурса.The proposed regulation of the number of internal thin sheets with a thickness of 0.3-0.5 mm in a structure of at least three, between which a fiberglass based on an adhesive prepreg with a reinforcing filler of unidirectional glass fibers of at least 60 volume percent is applied, provides an increase of 5-10 times the resistance the growth of crack resistance of the layered hybrid material, which leads to an increase in resource.

Использование в составе слоистого гибридного материала листов из Al-Li сплавов пониженной плотности позволяет дополнительно повысить весовую эффективность, при этом применение в качестве внешних слоев листов увеличенной толщины 1-2 мм из высокомодульного Al-Li сплава с плотностью не более 2690 кг/м3 ведет также к повышению несущей способности и жесткости конструкции.The use of sheets of low density Al-Li alloys as a part of the layered hybrid material can further increase weight efficiency, while the use of 1-2 mm thick high-modulus Al-Li alloy with a density of not more than 2690 kg / m 3 as outer layers of sheets also to increase the bearing capacity and structural rigidity.

Использование в составе слоистого гибридного материала слоев стеклопластика на основе клеевых препрегов с разным содержанием армирующего наполнителя позволяет повысить предел прочности при растяжении и сжатии, при этом стеклопластик, расположенный между внешними листами увеличенной толщины, армирован стеклотканью сатинового плетения, что способствует повышению статической прочности материала в поперечном направлении. Между внутренними тонкими листами применен стеклопластик, армированный однонаправленными стеклянными волокнами.The use of fiberglass layers based on adhesive prepregs with different contents of reinforcing filler in the layered hybrid material can increase the tensile and compression strength, while the fiberglass located between the outer sheets of increased thickness is reinforced with satin fiberglass, which increases the static strength of the material in the transverse direction. Between the inner thin sheets, fiberglass reinforced with unidirectional glass fibers is used.

Применение стеклопластика, армированного тканью сатинового плетения, взамен стеклопластика, армированного ровингом из традиционных высокопрочных волокон (ВМП, S и др.), способствует повышению статических прочностных свойств материала по ширине, т.к. обшивка крыла самолета испытывает действие рабочих нагрузок в долевом и поперечном направлениях.The use of fiberglass reinforced with satin weave fabric, instead of fiberglass reinforced with roving from traditional high-strength fibers (VMP, S, etc.), increases the static strength properties of the material in width, because the wing covering of the aircraft experiences the action of workloads in the fractional and transverse directions.

Пониженное содержание до 40 объемных процентов армирующего наполнителя обеспечивает достаточное качество соединения внешних листов, о чем свидетельствуют прямые испытания на сдвиг (таблица 1) и отсутствие расслоений в образцах при других видах испытаний.A reduced content of up to 40 volume percent of the reinforcing filler ensures sufficient quality of the connection of the outer sheets, as evidenced by direct shear tests (table 1) and the absence of delamination in the samples for other types of tests.

Дополнительным фактором является совместимость сплавов внешних и внутренних Al-Li листов по температурно-временным параметрам упрочняющей термообработки. Эти параметры, в свою очередь, совместимы с повышенной температурой отверждения (170-180°C) используемого клеевого модифицированного связующего для создания надежной связи между металлическими листами и полимерными слоями и повышения температуры эксплуатации композиционного материала.An additional factor is the compatibility of alloys of external and internal Al-Li sheets according to the temperature-time parameters of hardening heat treatment. These parameters, in turn, are compatible with the increased curing temperature (170-180 ° C) of the used adhesive modified binder to create a reliable bond between metal sheets and polymer layers and increase the operating temperature of the composite material.

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

На рисунке 1 приведена схема слоистого гибридного материала, где:Figure 1 shows a diagram of a layered hybrid material, where:

1 - внешний (наружный) слой толщиной 1,0-2,0 мм из Al-Li сплава;1 - outer (outer) layer with a thickness of 1.0-2.0 mm from an Al-Li alloy;

2 - стеклопластик на базе клеевого препрега на стеклоткани с содержанием армирующего наполнителя не более 40 об. %;2 - fiberglass based on adhesive prepreg on fiberglass with a content of reinforcing filler not more than 40 vol. %;

3 - внутренний слой толщиной 0,3-0,5 мм из Al-Li сплава;3 - inner layer 0.3-0.5 mm thick of Al-Li alloy;

4 - стеклопластик на базе клеевого препрега на ровинге или однонаправленной стеклоткани с содержанием армирующего наполнителя не менее 60 об. %.4 - fiberglass based on an adhesive prepreg on a roving or unidirectional fiberglass with a content of reinforcing filler of at least 60 vol. %

В таблице 3 показаны механические и физические свойства листовых заготовок из заявленного (примеры 2, 3), экспериментального (пример 1, 4), известных (примеры 5, 6) слоистых композиционных материалов и известного монолитного материала (пример 7). Пример 1 - с содержанием в структуре двух внутренних листов толщиной 0,3-0,5 мм; пример 2 - с содержанием в структуре трех внутренних листов толщиной 0,3-0,5 мм; пример 3 - с содержанием в структуре четырех внутренних листов толщиной 0,3-0,5 мм; пример 4 - с содержанием в структуре трех внутренних листов толщиной 0,3-0,5 мм и прослойками стеклопластика, армированного тканью (до 40 об. %); пример 5 - СИАЛ-1-1Р с одинаковыми по толщине листами из Al-Li сплава и прослойками стеклопластика на ровинге; пример 6 - GLARE с одинаковыми по толщине среднепрочными листами из сплава 2024 системы Al-Cu и прослойками стеклопластика на ровинге; пример 7 - монолитный лист толщиной 5-10 мм из Al-Li сплава.Table 3 shows the mechanical and physical properties of sheet blanks from the claimed (examples 2, 3), experimental (examples 1, 4), known (examples 5, 6) laminated composite materials and known monolithic material (example 7). Example 1 - with the content in the structure of two inner sheets with a thickness of 0.3-0.5 mm; example 2 - with the content in the structure of three inner sheets with a thickness of 0.3-0.5 mm; example 3 - with the content in the structure of the four inner sheets with a thickness of 0.3-0.5 mm; example 4 - with the content in the structure of three inner sheets with a thickness of 0.3-0.5 mm and layers of fiberglass reinforced with fabric (up to 40 vol.%); Example 5 - SIAL-1-1P with the same thickness sheets of Al-Li alloy and fiberglass layers on the roving; Example 6 - GLARE with the same thickness mid-strength sheets of alloy 2024 of the Al-Cu system and interlayers of fiberglass on the roving; Example 7 - a monolithic sheet with a thickness of 5-10 mm from an Al-Li alloy.

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Примеры осуществленияExamples of implementation

В опытно-промышленном производстве были отформованы слоистые гибридные листовые заготовки предлагаемого композиционного материала габаритами 5×500×500 мм, состоящие из: двух внешних (наружных) листов Al-Li сплава (толщиной от 1,0 до 2,0 мм, пределом прочности σB~560 МПа, пониженной плотностью d~2680 кг/м3 и повышенным модулем упругости Е~78 ГПа) и слоев внутренних однонаправленых алюмостеклопластиков структуры 2/1, 3/2 и 4/3 на основе тонких листов из Al-Li сплава (толщиной 0,35 мм (в количестве двух, трех, четырех), пределом прочности σB~460 МПа, пониженной плотностью d~2590 кг/м3 и повышенным модулем упругости Е~79 ГПа) и слоев стеклопластика с тканевым армирующим наполнителем не более 40 об. %, расположенные между внешними Al-Li слоями, и слоев стеклопластика с ровингом, армированным не менее 60 об. % непрерывными высокопрочными волокнами между внутренними тонкими листами в однонаправленных алюмостеклопластиках структуры 2/1, 3/2 и 4/3.In the pilot industrial production, layered hybrid sheet blanks of the proposed composite material with dimensions of 5 × 500 × 500 mm were formed, consisting of: two external (external) sheets of Al-Li alloy (thickness from 1.0 to 2.0 mm, tensile strength σ B ~ 560 MPa, reduced density d ~ 2680 kg / m 3 and increased elastic modulus E ~ 78 GPa) and layers of internal unidirectional aluminum-glass plastic structures 2/1, 3/2 and 4/3 based on thin sheets of Al-Li alloy ( 0.35 mm thick (in the amount of two, three, four), tensile strength σ B ~ 460 MPa, reduced densely with d ~ 2590 kg / m 3 and increased elastic modulus E ~ 79 GPa) and fiberglass layers with fabric reinforcing filler of not more than 40 vol. %, located between the outer Al-Li layers, and fiberglass layers with roving reinforced with at least 60 vol. % by continuous high-strength fibers between the inner thin sheets in unidirectional aluminum-glass-reinforced plastics of structure 2/1, 3/2 and 4/3.

Алюминий-литиевые листы подвергали предварительной подготовке поверхности: обезжириванию, травлению, анодному окислению и покрытию адгезионным грунтом. Выкладку материала осуществляли ручным методом. Формование листовых заготовок слоистого гибридного материала проводили автоклавным способом при повышенной температуре отверждения модифицированного связующего (170-180°C).Aluminum-lithium sheets were subjected to preliminary surface preparation: degreasing, etching, anodic oxidation and coating with adhesive primer. The calculation of the material was carried out manually. The sheet blanks of the layered hybrid material were molded by the autoclave method at an increased curing temperature of the modified binder (170-180 ° C).

Микроструктуру и регламентированные соотношения листов и слоев стеклопластика, объемное содержание компонентов в слоистом гибридном материале оценивали на шлифах, вырезанных из разных зон, методами количественного микроструктурного анализа в оптическом микроскопе.The microstructure and the regulated ratios of sheets and fiberglass layers, the volumetric content of components in a layered hybrid material was evaluated on thin sections cut from different zones using quantitative microstructural analysis in an optical microscope.

Таким образом, предложенный трещиностойкий, легкий, высокопрочный, высокомодульный слоистый гибридный композиционный материал расширяет возможности производства деталей, обеспечивает повышение ресурса, надежности, весовой эффективности, жесткости, несущей способности при сжатии, температурного диапазона эксплуатации изделий.Thus, the proposed crack-resistant, lightweight, high-strength, high-modulus layered hybrid composite material extends the production capabilities of parts, provides increased resource, reliability, weight efficiency, rigidity, compressive strength, temperature range of operation of the products.

Материал рекомендуется для изготовления обшивок (панелей) крыла самолета, а также для изделий наземного транспорта и другой транспортной техники взамен монолитных плит (листов, прессованных панелей) из алюминиевых и Al-Li сплавов и слоистых материалов серии СИАЛ/GLARE.The material is recommended for the manufacture of skins (panels) of an airplane wing, as well as for ground transportation products and other transport equipment instead of monolithic plates (sheets, extruded panels) of aluminum and Al-Li alloys and layered materials of the SIAL / GLARE series.

Claims (7)

1. Слоистый гибридный композиционный материал, содержащий внешние и внутренние слои из Al-Li сплавов и слои стеклопластика на базе клеевого препрега с армирующим наполнителем, отличающийся тем, что в качестве внешних слоев применяются Al-Li листы толщиной 1-2 мм, в качестве внутренних слоев используются Al-Li листы толщиной 0,3-0,5 мм в количестве не менее трех, при этом слои стеклопластика, расположенные под внешними Al-Li слоями, выполнены на основе клеевого препрега в виде стеклоткани сатинового плетения с содержанием армирующего наполнителя не более 40 объемных процентов.1. A layered hybrid composite material containing outer and inner layers of Al-Li alloys and fiberglass layers based on an adhesive prepreg with reinforcing filler, characterized in that 1-2 mm thick Al-Li sheets are used as outer layers layers, Al-Li sheets with a thickness of 0.3-0.5 mm in an amount of at least three are used, while the fiberglass layers located under the outer Al-Li layers are made on the basis of an adhesive prepreg in the form of a satin-woven fiberglass with no reinforcing filler content its 40 volume percent. 2. Материал по п. 1, отличающийся тем, что в качестве внешних слоев применяются листы Al-Li сплава с плотностью не более 2690 кг/м3 и модулем упругости при растяжении не менее 76 ГПа, в качестве внутренних слоев применяются листы Al-Li сплава с плотностью не более 2620 кг/м3 и модулем упругости при растяжении не менее 78 ГПа.2. The material according to claim 1, characterized in that, as the outer layers, Al-Li alloy sheets with a density of not more than 2690 kg / m 3 and a tensile modulus of at least 76 GPa are used, Al-Li sheets are used as inner layers alloy with a density of not more than 2620 kg / m 3 and a tensile modulus of at least 78 GPa. 3. Материал по п. 1, отличающийся тем, что между внутренними слоями Al-Li сплава применяется стеклопластик, армированный стекловолокном не менее 60 объемных процентов.3. The material according to p. 1, characterized in that between the inner layers of the Al-Li alloy, fiberglass reinforced with fiberglass at least 60 percent by volume is used. 4. Материал по п. 1, отличающийся тем, что армирующий наполнитель между внутренними листами Al-Li сплава выполнен в виде стеклоровинга или в виде однонаправленной стеклоткани.4. The material according to claim 1, characterized in that the reinforcing filler between the inner sheets of the Al-Li alloy is made in the form of glass roving or in the form of a unidirectional fiberglass. 5. Материал по п. 1, отличающийся тем, что основа армирующего наполнителя между внутренними слоями Al-Li сплава выполнена из стеклянных волокон диаметром 5-20 мкм, плотностью 2500-2580 кг/м3, с пределом прочности 4000-5000 МПа, модулем упругости при растяжении 85-100 ГПа.5. The material according to claim 1, characterized in that the base of the reinforcing filler between the inner layers of the Al-Li alloy is made of glass fibers with a diameter of 5-20 μm, a density of 2500-2580 kg / m 3 , with a tensile strength of 4000-5000 MPa, a module tensile elasticity 85-100 GPa. 6. Материал по п. 1, отличающийся тем, что содержит клеевое связующее, модифицированное термопластичным материалом с повышенной температурой отверждения 170-180°C.6. The material according to claim 1, characterized in that it contains an adhesive binder modified with a thermoplastic material with an increased curing temperature of 170-180 ° C. 7. Изделие из слоистого гибридного композиционного материала, отличающееся тем, что оно выполнено из материала по любому из пп. 1-6.7. A product of a layered hybrid composite material, characterized in that it is made of a material according to any one of paragraphs. 1-6.
RU2017106942A 2017-03-02 2017-03-02 Layer hybrid composite material and the product made of it RU2641744C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017106942A RU2641744C1 (en) 2017-03-02 2017-03-02 Layer hybrid composite material and the product made of it

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017106942A RU2641744C1 (en) 2017-03-02 2017-03-02 Layer hybrid composite material and the product made of it

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2641744C1 true RU2641744C1 (en) 2018-01-22

Family

ID=61023543

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017106942A RU2641744C1 (en) 2017-03-02 2017-03-02 Layer hybrid composite material and the product made of it

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2641744C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL8100087A (en) * 1981-01-09 1982-08-02 Tech Hogeschool Delft Afdeling LAMINATE OF METAL PLATES AND CONNECTED WIRES.
US5039571A (en) * 1987-10-14 1991-08-13 Akzo Nv Metal-resin laminate reinforced with S2-glass fibres
RU2270098C1 (en) * 2004-07-14 2006-02-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Laminated composite material and article made from this material
RU2565215C1 (en) * 2014-09-18 2015-10-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Gradient metal glass-fibre plastic and product made from it

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL8100087A (en) * 1981-01-09 1982-08-02 Tech Hogeschool Delft Afdeling LAMINATE OF METAL PLATES AND CONNECTED WIRES.
US5039571A (en) * 1987-10-14 1991-08-13 Akzo Nv Metal-resin laminate reinforced with S2-glass fibres
RU2270098C1 (en) * 2004-07-14 2006-02-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Laminated composite material and article made from this material
RU2565215C1 (en) * 2014-09-18 2015-10-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Gradient metal glass-fibre plastic and product made from it

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2440246C2 (en) Laminar material from metal sheets and polymer
EP2646242B1 (en) Metal sheet - fiber reinforced composite laminate
EP2763849B1 (en) Improved fiber-metal laminate
RU2354557C2 (en) Aircraft body (versions)
NL2012889B1 (en) Laminate of a metal sheet and an adhesive layer bonded thereto.
JP2018039115A (en) Fiber-reinforced resin composite structure and high-pressure container, and method for producing them
RU2565215C1 (en) Gradient metal glass-fibre plastic and product made from it
Hassan13 et al. Fracture toughness of a novel GLARE composite material
RU2185964C1 (en) Composite laminated material and article made of it
EP1767343A4 (en) Laminated composite material and a product made thereof
RU2641744C1 (en) Layer hybrid composite material and the product made of it
RU2676637C1 (en) Fire-resistant layered metal glass plastic and a product made from it
Bano et al. Design modification of lap joint of fiber metal laminates (CARALL)
RU2618072C1 (en) Method for producing laminated metal fiberglass
Czél et al. Pseudo-ductile carbon/epoxy hybrid composites
Hiremath et al. Multimaterial laminated composites: an assessment of effect of stacking sequence on flexural response
Uzay et al. Adhesion Surface Bonding Capability of Different Metal Sheets for Fiber Metal Laminate (FML) Applications
Korzec et al. A Study on Mechanical Strength and Failure of Fabric Reinforced Polymer Composites
Stefan et al. Mechanical testing of CFRP materials for application as skins of sandwich composites
Husain et al. Experimental analysis of bending and tensile behaviour of aluminium-based fibre metal laminates
Kadhum et al. Improvement and Properties of Fiber Metal Laminates Used in Aircraft Wing by Using Graphite-Polyester
ABDELWADOUD Influence of Aluminum wire mesh location through stacking sequence on mechanical properties of GFRE composite laminates
Hairi et al. Stress Investigation of Aluminium Alloy and Composite Material for Unmanned Aerial Vehicle Application via Simulation Analysis
Prusty et al. Multimaterial laminated composites: An assessment of effect of stacking sequence on flexural response
RU2600765C1 (en) Laminar alumino-fibre glass and article made therefrom