RU2687938C1 - Полимерный композиционный материал с интегрированным вибропоглощающим слоем - Google Patents
Полимерный композиционный материал с интегрированным вибропоглощающим слоем Download PDFInfo
- Publication number
- RU2687938C1 RU2687938C1 RU2018139261A RU2018139261A RU2687938C1 RU 2687938 C1 RU2687938 C1 RU 2687938C1 RU 2018139261 A RU2018139261 A RU 2018139261A RU 2018139261 A RU2018139261 A RU 2018139261A RU 2687938 C1 RU2687938 C1 RU 2687938C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- vibration
- absorbing layer
- polymer composite
- properties
- layers
- Prior art date
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 12
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 9
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 11
- 239000004433 Thermoplastic polyurethane Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229920002803 thermoplastic polyurethane Polymers 0.000 claims abstract description 7
- 239000004721 Polyphenylene oxide Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229920000570 polyether Polymers 0.000 claims abstract description 4
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 claims description 2
- 238000013016 damping Methods 0.000 abstract description 4
- 239000004744 fabric Substances 0.000 abstract description 4
- 238000005452 bending Methods 0.000 abstract description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000005030 aluminium foil Substances 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 19
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 4
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 4
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 4
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 3
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 2
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 2
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 2
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021392 nanocarbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 2
- 229920002725 thermoplastic elastomer Polymers 0.000 description 2
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 2
- 229930185605 Bisphenol Natural products 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 1
- IISBACLAFKSPIT-UHFFFAOYSA-N bisphenol A Chemical compound C=1C=C(O)C=CC=1C(C)(C)C1=CC=C(O)C=C1 IISBACLAFKSPIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229920006332 epoxy adhesive Polymers 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 239000012784 inorganic fiber Substances 0.000 description 1
- 239000011256 inorganic filler Substances 0.000 description 1
- 229910003475 inorganic filler Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000554 ionomer Polymers 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 1
- 238000013001 point bending Methods 0.000 description 1
- 229920001748 polybutylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004848 polyfunctional curative Substances 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 1
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 239000012763 reinforcing filler Substances 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/24—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
- B32B15/04—Layered 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
- B32B15/08—Layered 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
- B32B15/095—Layered 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 comprising polyurethanes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
Изобретение относится к слоистым полимерным композиционным материалам (ПКМ) с повышенными вибропоглощающими свойствами и может быть использовано для снижения вибрации и структурного шума в малонагруженных элементах конструкции изделий авиационной техники. Полимерный композиционный материал с интегрированным вибропоглощающим слоем включает конструкционные слои на основе препрега из стеклоткани и внутренний вибропоглощающий слой. Внутренний вибропоглощающий слой выполнен в виде пленки из термопластичного полиуретана на основе простого полиэфира, который расположен между двумя барьерными слоями из алюминиевой фольги. Барьерные слои расположены внутри конструкционных слоев. Изобретение обеспечивает создание самозатухающего слоистого полимерного композиционного материала с повышенными вибропоглощающими свойствами (коэффициентом механических потерь) при сохранении его механических свойств (прочность при изгибе не менее 400 МПа), обеспечивающего увеличение демпфирующих свойств малонагруженных элементов конструкции изделий авиационной техники. 1 ил., 2 табл.
Description
Изобретение относится к слоистым полимерным композиционным материалам (ПКМ) с повышенными вибропоглощающими свойствами и может быть использовано для снижения вибрации и структурного шума в малонагруженных элементах конструкции изделий авиационной техники.
Известен ПКМ на основе препрега, состоящего из армирующего наполнителя и эпоксидного связующего (бисфенольного типа) с внутренним вибропоглощающим слоем в виде нетканого материала из термоэластопласта (на основе полистирола, поливинилхлорида, полиуретана, полиамида, иономера) или полиолефина - полиэтилена, полипропилена, полибутадиена (WO 2012011487 A1, В32В 5/26, опубл. 09.09.2013). Вибропоглощающая прослойка пластика имеет tgδ≥0,06 при 10°C. Количество монослоев препрега, между которыми заключен вибропоглощающий слой, составляет 20 с каждой стороны от него.
Недостатком указанного материала являются невысокие вибропоглощающие свойства, поскольку в результате соединения с двумя обшивками из 20 монослоев препрега произойдет значительное снижение коэффициента механических потерь. Также значительное количество монослоев препрега должно обеспечить сохранение механических свойств пластика при внедрении вибропоглощающего слоя в его структуру, но при этом приведет к повышению веса и толщины ПКМ.
Для изготовления элементов обшивки фюзеляжа самолета, а также его силовых элементов фирмой Cytec Technology Corp.разработаны композиционные слоистые материалы (US 2012164907 A1, В32В 5/26, опубл. 28.06.2012), включающие армирующие слои на основе углеволокна и связующего и внутренний слой, состоящий из двух различных нетканых материалов (на основе термопластов, термоэластопластов или их смесей), во время отверждения пропитываемые связующим градиентно по толщине. Коэффициент механических потерь ПКМ с интегрированным вибропоглощающим слоем при частоте 100 Гц в диапазоне температур от -50 до 20°C изменяется от 0,0095 до 0,0267.
Недостатками материалов являются невысокие демпфирующие свойства, а также использование внутреннего вибропоглощающего слоя в виде нетканого материала, что не позволяет обеспечить равномерную толщину интегрированного слоя и избежать возможной реакции между полимерным материалом, из которого он изготовлен, и связующим ПКМ.
Известен композиционный материал для изготовления виброудароизоляторов (RU 2353527 C1, В32В 27/04, опубл. 27.04.2009), имеющий тонкую многослойную структуру, состоящую из чередующихся упругих и вязкопластичных слоев, армированных тканым материалом, таким как полиамидными, базальтовыми, угле- и стеклотканями, при этом упругий слой выполнен из композиции, содержащей связующее - эпоксидную смолу, отвердитель и наноуглеродный материал, а вязкопластичный слой выполнен из композиции содержащей связующее, возможно активный пластификатор, возможно отвердитель, наполнитель и наноуглеродный материал, при этом толщина каждого слоя композиционного материала составляет от 50 до 200 мкм при соотношении толщин упругих и вязкопластичных слоев от 1:1 до 1:1,6 соответственно.
Недостатками данного ПКМ являются его горючесть и невысокие показатели прочности при изгибе - от 338 до 369 МПа.
Наиболее близким аналогом является многофункциональный композиционный материал, обладающий вибропоглощающими свойствами и стойкостью к удару (ЕР 3127694 A1, В29В 11/16, опубл. 08.02.2017). Данный ПКМ состоит из слоев на основе неорганического наполнителя и минимум одной внутренней волокнистой структуры на основе ароматического полиэфира, пропитанных одним и тем же термореактивным (например, эпоксидным) или термопластичным связующим, и имеет симметричную или асимметричную структуру. При этом структура материала такова, что внешний слой выполнен на основе неорганического волокна, и, по крайней мере, одна волокнистая структура на основе полиэфирных волокон представляет собой слой, отличный от центрального.
Недостатками вышеописанного материала являются низкие виброакустические свойства на уровне 0,015-0,017, высокая поверхностная плотность (7,8 кг/м2) из-за значительного количества конструкционных слоев и его горючесть вследствие химической природы используемых исходных компонентов.
Технической задачей и техническим результатом является создание самозатухающего слоистого полимерного композиционного материала с повышенными вибропоглощающими свойствами (коэффициентом механических потерь) при сохранении его механических свойств (прочность при изгибе не менее 400 МПа), обеспечивающего увеличение демпфирующих свойств малонагруженных элементов конструкции изделий авиационной техники.
Для достижения технического результата предложен полимерный композиционный материал с интегрированным вибропоглощающим слоем, включающий конструкционные слои на основе препрега из стеклоткани и внутренний вибропоглощающий слой, при этом внутренний вибропоглощающий слой выполнен в виде пленки из термопластичного полиуретана на основе простого полиэфира, который расположен между двумя барьерными слоями из алюминиевой фольги, при этом упомянутые барьерные слои расположены внутри конструкционных слоев.
Структура предлагаемого ПКМ с внутренним интегрированным вибропоглощающим слоем показана на фиг. 1. Материал состоит из следующих последовательно расположенных слоев:
1 - конструкционный слой из семи монослоев препрега,
2 - барьерный слой из алюминиевой фольги,
3 - вибропоглощающий слой из пленки на основе термопластичного полиуретана.
Наличие внутреннего вибропоглощающего слоя, интегрированного в структуру слоистого пластика, обеспечивает повышение его вибропоглощающих свойств на несколько порядков. Так, например, коэффициент механических потерь ПКМ, не содержащего внутренний вибропоглощающий слой, при Т=20°C и частоте 100 Гц составляет 0,009, в то время как аналогичный материал с интегрированным вибропоглощающим слоем имеет при тех же условиях tgδ=0,110-0,150. При этом благодаря обшивке из конструкционных слоев ПКМ вибропоглощающий слой помимо деформаций растяжения-сжатия испытывает сдвиговые деформации относительно них, что приводит к большей диссипации вибрационной энергии.
Интегрированный вибропоглощающий слой из термопластичного полиуретана обеспечивает максимальные значения коэффициента механических потерь в области температур от -30 до+40°C, соответствующей, например, интервалу температур эксплуатации элементов конструкции интерьера транспортных средств. Данное свойство обеспечивается термодинамическими свойствами вибропоглощающего слоя, а именно - температурой стеклования полимера, из которого он выполнен. Поскольку, как известно, наибольших значений коэффициент механических потерь достигает именно в области температуры стеклования.
Однако, вместе с улучшением вибропоглощающих свойств ПКМ внедрение вибропоглощающего слоя приводит к снижению их механических характеристик, поэтому важно обеспечить оптимальное соотношение этих двух параметров.
Так, использование вибропоглощающего слоя в виде пленочного материала позволяет обеспечить равномерную толщину интегрированного слоя, что положительным образом сказывается на механических свойствах ПКМ с интегрированным вибропоглощающим слоем.
Оптимальная величина поверхностной плотности (массы 1 м2) ПКМ с интегрированным вибропоглощающим слоем - не более 5 кг/м2 - подбиралась за счет использования определенного количества конструкционных слоев (обеспечивающего при этом прочность при изгибе не менее 400 МПа) и поверхностной плотности исходных компонентов (препрега, вибропоглощающего и барьерных слоев). Указанная величина поверхностной плотности позволяет минимизировать массовые затраты при использовании ПКМ с повышенными вибропоглощающими свойствами.
Сохранение категории горючести слоистого вибропоглощающего материала обеспечивается за счет использования эпоксидного связующего пониженной горючести и экранирования вибропоглощающего слоя при помощи барьерных слоев из алюминиевой фольги, препятствующих распространению пламени.
Также наличие барьерных слоев предотвращает возможное протекание реакции между материалом вибропоглощающего слоя и связующим конструкционных слоев, которое может привести к значительному снижению механических свойств слоистого пластика в целом.
Примеры осуществления
Пример 1.
Изготовление ПКМ с интегрированным вибропоглощающим слоем проводили путем прессования на гидравлическом прессе при температуре (140±5)°C и удельном давлении 5 кгс/см2 пакета, включающего два внешних конструкционных слоя ПКМ (каждый из которых состоит из семи монослоев препрега с направлением выкладки 0°/0° на основе стеклоткани Т-60/2 (ВМП), пропитанной эпоксидным клеевым связующим пониженной горючести марки ВСК-14-6) и внутренний центральный вибропоглощающий слой из листового термопластичного полиуретана на основе простого полиэфира (полифурита с молекулярной массой 1000) толщиной 0,5 мм с обшивкой из двух слоев фольги марки А5М толщиной 0,05 мм. Предварительно пакет прогревался при указанной температуре в течение 0,5 ч., после чего проводилось прессование в течение 3 ч.
Образцы материала по примерам 2 и 3 имеют такую же структуру и изготавливались аналогично примеру 1. В примере 2 в качестве барьерных слоев использовали алюминиевую фольгу марки АД1М толщиной 0,08 мм, а конструкционные слои были выполнены из препрега на основе стеклоткани Т-64 (ВМП)-78 с направлением выкладки 0°/90°. В примере 3 использовали внутренний вибропоглощающий слой из листового термопластичного полиуретана марки Витур Т-0433-85 на основе простого полиэфира (полифурита с молекулярной массой 1500) толщиной 0,5 мм.
Составы слоев материалов по примерам 1-3 приведены в таблице 1.
Для количественной оценки демпфирующих свойств материала использовали коэффициент механических потерь (tgδ), характеризующий способность системы к диссипации вибрационной энергии и представляющий собой отношение энергии, рассеянной за цикл, к общей потенциальной энергии системы.
Коэффициент механических потерь материала оценивали методом динамического механического анализа, построенного на определении упруго-жесткостных характеристик образцов в режиме трехточечного изгиба, в диапазоне температур от -60 до +80°C при частоте 100 Гц с использованием динамического механического анализатора DMA/SDTA861e фирмы Mettler Toledo.
Прочность при изгибе (изгибающее напряжение) при 20°C определяли по ГОСТ 4648-2014.
Горючесть материала определяли по авиационным правилам. Часть 25 (АП-25) (приложение F часть I).
Поверхностную плотность определяли по ГОСТ 17073-71.
Свойства полученных материалов приведены в таблице 2.
Claims (1)
- Полимерный композиционный материал с интегрированным вибропоглощающим слоем, включающий конструкционные слои на основе препрега из стеклоткани и внутренний вибропоглощающий слой, отличающийся тем, что внутренний вибропоглощающий слой выполнен в виде пленки из термопластичного полиуретана на основе простого полиэфира, который расположен между двумя барьерными слоями из алюминиевой фольги, при этом упомянутые барьерные слои расположены внутри конструкционных слоев.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018139261A RU2687938C1 (ru) | 2018-11-07 | 2018-11-07 | Полимерный композиционный материал с интегрированным вибропоглощающим слоем |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018139261A RU2687938C1 (ru) | 2018-11-07 | 2018-11-07 | Полимерный композиционный материал с интегрированным вибропоглощающим слоем |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2687938C1 true RU2687938C1 (ru) | 2019-05-16 |
Family
ID=66579049
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018139261A RU2687938C1 (ru) | 2018-11-07 | 2018-11-07 | Полимерный композиционный материал с интегрированным вибропоглощающим слоем |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2687938C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2353527C1 (ru) * | 2007-12-04 | 2009-04-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт автоматической аппаратуры им. академика В.С. Семенихина" | Композиционный материал для изготовления виброудароизоляторов |
| WO2012011487A1 (ja) * | 2010-07-21 | 2012-01-26 | 東レ株式会社 | プリプレグ、繊維強化複合材料およびプリプレグの製造方法 |
| JP2014122339A (ja) * | 2012-11-26 | 2014-07-03 | Hitachi Chemical Co Ltd | 熱硬化性樹脂組成物、プリプレグ、積層板、プリント配線板、及び実装基板、並びに熱硬化性樹脂組成物の製造方法 |
| EP3127694A4 (en) * | 2014-03-31 | 2017-11-15 | KB Seiren, Ltd. | Fiber-reinforced composite material |
-
2018
- 2018-11-07 RU RU2018139261A patent/RU2687938C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2353527C1 (ru) * | 2007-12-04 | 2009-04-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт автоматической аппаратуры им. академика В.С. Семенихина" | Композиционный материал для изготовления виброудароизоляторов |
| WO2012011487A1 (ja) * | 2010-07-21 | 2012-01-26 | 東レ株式会社 | プリプレグ、繊維強化複合材料およびプリプレグの製造方法 |
| JP2014122339A (ja) * | 2012-11-26 | 2014-07-03 | Hitachi Chemical Co Ltd | 熱硬化性樹脂組成物、プリプレグ、積層板、プリント配線板、及び実装基板、並びに熱硬化性樹脂組成物の製造方法 |
| EP3127694A4 (en) * | 2014-03-31 | 2017-11-15 | KB Seiren, Ltd. | Fiber-reinforced composite material |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101918312B1 (ko) | 감쇠성이 향상된 다중층 및 조성 구배 구조물 | |
| EP1948503B1 (en) | Integrally damped composite aircraft floor panels | |
| KR101728561B1 (ko) | 방음성 및 방진성이 향상된 구조용 복합재 | |
| US20070071957A1 (en) | Structural composite material for acoustic damping | |
| ES2634702T3 (es) | Materiales compuestos mejorados | |
| US20100013255A1 (en) | Constrained Layer Damping for Vehicle | |
| 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 | |
| CN110997268A (zh) | 复合材料的制造方法及复合材料 | |
| RU2687938C1 (ru) | Полимерный композиционный материал с интегрированным вибропоглощающим слоем | |
| EP0770191A1 (en) | Structural hollow articles filled with damping materials | |
| KR102217436B1 (ko) | 적층체 및 이를 포함하는 성형품 | |
| JP2705319B2 (ja) | 炭素繊維強化複合材料の作製方法 | |
| JPH02169633A (ja) | 繊維強化複合材料 | |
| JPH04267139A (ja) | 炭素繊維強化複合材料プリプレグシート | |
| JPH04251714A (ja) | 炭素繊維強化複合材料の作製方法 | |
| Mortas et al. | Impact response of balsa core sandwiches | |
| JPH02235631A (ja) | 繊維強化複合材料の作製方法 | |
| Fojtl et al. | An Experimental Analysis of Bending Behavior of Sandwich Constructions for Transport Industry | |
| Rohit et al. | Fabrication and Comparison of Mechanical Properties of Jute and Glass Fibre Reinforced Composites | |
| JP2020026836A (ja) | 制振構造体及びその製造方法 | |
| Gudi | Fabrication and Comparison of Mechanical properties of Jute and Glass fibre Reinforced Composites | |
| Nagasankar et al. | Experimental Investigation on Dynamic Characteristics of Polypropylene Honeycomb Sandwich Structures under the Influences of Different Temperatures |