CC BY
42
кальных крупногабаритных листогибочных станков в условиях действующих серийных предприятий по изготовлению авиатехники;
- приемлемость отработанных технологий формообразования элементов и сборочных единиц подтверждена положительными результатами наземных ресурсных испытаний натурных фрагментов планера и последующей проверки в лётной эксплуатации;
- разработанный комплект НД для МПКМ освоен в производстве. Э.К. Кондратов, В.И. Постнов, В.И. Петухов,
Н.С. Кавун, П.А. Абрамов, А.А. Юдин, С.Л. Барботько
ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ТРЕХСЛОЙНЫХ ПАНЕЛЕЙ НА МОДИФИЦИРОВАННОМ СВЯЗУЩЕМ ФПР-520Г
Проведен анализ свойств трехслойных сотовых панелей на модифицированном связующем ФПР-520Г. Показано влияние модифицированного связующего на увеличение прочностных свойств панелей и на снижение их пожароопасности при использовании в интерьерах пассажирских самолетов.
Ключевые слова: сотовые панели, модифицированное связующее.
В настоящее время для изготовления трехслойных панелей интерьера применяется высококонцентрированное фенолформальдегидное связующее ФПР-520, которое дает возможность получать панели с хорошими прочностными характеристиками по бесклеевой технологии. Отсутствие клея в составе трехслойных сотовых панелей приводит к уменьшению их пожароопасности, так как большинство клеев являются горючими материалами. Кроме того, связующее ФПР-520 изготовлено на водной основе без применения токсичных растворителей, что делает его экологически безопасным. Но в связи с изменением Авиационных правил многих стран и введением в них ряда новых требований по оценке пожаробезопасности конструкций самолета выяснилось, что не все из существующих материалов, применяемых в конструкции интерьеров пассажирских самолетов, отвечают в полной мере возросшим требованиям. Причем наиболее важным параметром оценки пожаробезопасности оказалось тепловыделение при горении, так как некоторые материалы (стеклопластики, трехслойные панели, в том числе и на связующем ФПР-520) по этому показателю попали на границу допустимого диапазона. В связи с тем что основным источником выделения тепла при горении ПКМ является используемое связующее, встал вопрос о модификации связующего ФПР-520, применяющегося в настоящее время для изготовления панелей интерьера пассажирских самолетов. В результате этого в ВИАМ было разработано модифицированное фенолформальдегидное связующее ФПР-520Г, включающее дисперсный антипирен, предназначенное для изготовления деталей интерьера пассажирских самолетов и позволяющее повысить их пожаробезопасность.
Экспериментальная часть
Объект исследования: трехслойные сотовые панели, изготовленные из препрега стеклоткани Т-15(П)-76 на модифицированном фенолформальдегидном связующем ФПР-520Г и сотового заполнителя ССП и ПСП.
Для проведения исследований были изготовлены препреги из стеклоткани Т-15(П)-76 с содержанием модифицированного связующего ФПР-520Г в количестве 56 и 65%. Изготовление препрегов проводилось на пропиточной установке УПР-3 с помощью специальной пропитывающей фильеры. Пропитка тканого наполнителя в фильере происходит путем подачи под давлением связующего в регулируемый щелевой зазор, через который производится протяжка ткани. В результате односторонней подачи связующего в пропитывающей фильере, полученные препреги имеют асимметричный нанос связующего*, т. е. препрег имеет лицевую сторону, где сосредоточено основное количество связующего, и изнаночную, где связующего меньше. Эта особенность пре-прегов была использована для повышения прочности сцепления обшивок с сотовым
заполнителем при изготовлении трехслойных панелей. Для исследования изменения прочностных характеристик трехслойных сотовых панелей в зависимости от расположения препрега, панели изготовлялись с различными способами укладки препрега на сотовый заполнитель: или лицевой стороной препрега в сторону сот или изнаночной.
* В.И. Постнов, В.И. Петухов, Н.С. Кавун, П.А. Абрамов, А.А. Юдин. Разработка технологии изготовления препрегов с асимметричным наносом связующего. Настоящий сборник. с. 23.
Изготовление трехслойных сотовых панелей производилось методом вакуумного формования в термопечи и прессовым формованием. Из полученных трехслойных сотовых панелей вырезались образцы, которые повергались испытаниям для определения их механических характеристик: предела прочности при равномерном отрыве обшивки от сотового заполнителя (определялся на круглых образцах диаметром 60 мм по ОСТ1 9006972); усилия отдира обшивки от сотового заполнителя на барабане (прямоугольные образцы 72^250 мм по ОСТ1 90196-75); нормального напряжения в обшивках при разрушении образца во время испытания на четырехточечный изгиб (прямоугольные образцы 70x270 мм).
Одновременно из трехслойных сотовых панелей изготовлялись образцы для определения характеристик пожаробезопасности в соответствии с АП-25: горючесть определялась на прямоугольных образцах 70x290 мм (ОСТ1 90094-79); дымообразование - на прямоугольных образцах 75x75 мм (ГОСТ 24632-81); тепловыделение - на прямоугольных образцах 150x150 мм (СТП 1-595-20-341-2000).
Обсуждение результатов
Проведенные исследования прочностных свойств трехслойных сотовых панелей с использованием разных способов выкладки на сотовый заполнитель препрегов стеклоткани Т-15(П)-76 на связующем ФПР-520Г показали, что при укладке препрега изнаночной стороной (с меньшим содержанием связующего) на соты получено непрочное склеивание обшивок с сотами с местными дефектами в виде непроклеев. При этом на стенках сот практически не образуются галтели из связующего (рис. 1, а). Выкладка препрега лицевой стороной на соты приводит к образованию на стенках сот хорошо различимых галтелей связующего (рис. 1, б). Наличие галтелей связующего значительно улучшает сцепление обшивок с сотовым заполнителем.
а) б)
Рис. 1. Трехслойная сотовая панель с выкладкой препрега изнаночной стороной (а)
и лицевой стороной (б)
В табл. 1 приведены результаты испытания образцов трехслойных сотовых панелей, изготовленных при выкладке препрега стеклоткани Т-15(П)-76 с разным содержанием связующего ФПР-520Г на соты лицевой стороной. Полученные результаты показывают, что повышение содержания связующего в препреге и снижение содержания в нем летучих веществ приводит к повышению прочностных характеристик панелей.
Таблица 1
Механические характеристики трехслойных сотовых панелей
Тип сотового Содержание связующего Предел Усилие отдира Предел
заполнителя в обшивках, % прочности при обшивки от сот, прочности при
нанос летучие вещества равномерном отрыве, МПа (Нм)/м изгибе, МПа
ПСП-1-2,5 56 5 2,1 4,2 209
56 2 2,8 6,7 190
65 2 3,0 10,3 220
ССП-1-2,5 56 5 3,3 5,0 250
65 2 3,2 11,3 280
Также установлено, что прочность клеевого соединения обшивок на связующем ФПР-520Г со стеклосотопластом ССП выше в 1,5 раза, чем с полимерсотопластом ПСП. Это можно объяснить лучшим смачиванием фенолформальдегидным связующим стенок ячеек ССП.
Исследование трехслойных сотовых панелей на связующем ФПР-520Г, изготовленных методом вакуумного формования в термопечи и прессовым формованием, показали, что панели, изготовленные вакуумным формованием, имеют более высокие прочностные характеристики, чем панели, изготовленные прессованием (табл. 2).
Таблица 2
Механические характеристики трехслойных сотовых панелей, изготовленных разными методами
Вид Тип сотового Усилие отдира обшивки Предел прочности, МПа
формования заполнителя от сот (Н-м)/м при равномерном отрыве при изгибе
Вакуумное ССП-1-3,5 23,5 6,2 225,3
формование ПСП-1-3,5 14,0 2,6 154,1
Прессовое ССП-1-3,5 17,5 3,6 140,5
формование ПСП-1-3,5 15,0 2,6 150,0
Это связано с тем, что при вакуумном формовании обеспечивается более полное удаление летучих веществ из связующего, чем при прессовании, и образование малопористых клеевых галтелей на стенках сотового заполнителя. В результате затрудненного удаления летучих веществ при прессовом методе изготовления панелей связующее в галтелях имеет более высокую пористость, что приводит к уменьшению их прочности и в конечном итоге к уменьшению прочности клеевого соединения обшивок с сотами.
Исследования показали, что трехслойные сотовые панели, изготовленные на связующем ФПР-520Г, так же как и панели на связующем ФПР-520, относятся к само-
затухающим и слабодымящим материалам (табл. 3), что соответствует требованиям АП-25 к панелям интерьера пассажирских самолетов. В то же время панели на связующем ФПР-520Г имеют максимальную скорость тепловыделения при горении на 27% меньше, чем панели на связующем ФПР-520, и почти в 6 раз меньше общее тепловыделение за первые 2 мин. На рис. 2 видно, что пик выделения тепла, возникающего при горении лицевой обшивки панели на связующем ФПР-520Г, наступает через 125-130 с после начала испытаний (рис. 2, а), т. е. значительно позже, чем у панели на связующем ФПР-520 (60-70 с после начала испытаний - рис. 2, б). Кроме того, панели на связующем ФПР-520Г отличаются значительно меньшей интенсивностью пикового выделения тепла при горении. Дальнейшее выделение тепла после прохождения пика происходит в основном за счет горения сотового заполнителя и тыльной обшивки, что мало отражается на основных показателях горючести панелей.
Таблица 3
Характеристики пожаробезопасности трехслойных сотовых панелей
Тип Тип панели Горючесть Дымообразование Максимальная Общее тепловы-
связующего скорость тепловыделения, кВт/м2 деление за 2 мин, кВт-мин/м2
ФПР-520 Трехслойная панель (ПСП-1-2,5 й=10 мм) Самозатухающий Слабодымящий 54 51
ФПР-520Г То же Самозатухающий Слабодымящий 39 9
То же + эмаль ВЭ-46 Трудносгорающий Среднедымящий 40 32
То же + эмаль ВЭ-67 Самозатухающий Среднедымящий 42 33
а) б)
Рис. 2. Зависимость изменения тепловыделения от продолжительности испытания трехслойной сотовой панели ФПР-520Г (а) и ФПР-520 (б): 1-3 - результаты испытаний трех образцов
Полученная графическая зависимость интенсивности тепловыделения от времени испытаний (см. рис. 2) наглядно показывает эффективность введенного в состав связующего ФП-520 антипирена: график характеризуется на только снижением пикового выделения тепла, но и сдвигом его по времени, за счет чего снижается общее тепловыделение материала.
Исследование пожарных свойств трехслойных панелей на связующем ФПР-520Г с декоративными покрытиями в виде эмалей ВЭ-46 и ВЭ-67 показали, что декоративное покрытие увеличивает дымообразование панелей и материал становится среднеды-мящим, но пиковое тепловыделение при этом повышается незначительно (см. табл. 3).
Произошедшее увеличение общего выделения тепла за первые 2 мин обеспечивает уровень почти в два раза меньше норм, установленных АП-25 (65 кВт-мин/м ). Анализируя полученные результаты по тепловыделению, можно предположить, что увеличение общего тепловыделения произошло из-за более быстрого выгорания декоративного покрытия, которое (выгорание) характеризуется смещением пика выделения тепла на более раннее время.
На основании полученных результатов можно сделать выводы:
- интенсивность тепловыделения трехслойных панелей в основном определяется горючестью связующего, применяющегося для изготовления обшивок;
- применение связующего ФПР-520Г для изготовления трехслойных сотовых панелей дает возможность получать панели с хорошими прочностными характеристиками и пониженным тепловыделением, а также позволяет изготовлять панели интерьера с различными декоративными покрытиями, удовлетворяющие требованиям АП-25 по пожа-робезопасности.
В.И. Постное, В.И. Петухов, К.В. Макрушин, А.А. Юдин
ИССЛЕДОВАНИЕ АНТИАДГЕЗИОННЫХ ПОКРЫТИЙ ПРИ ФОРМОВАНИИ ПАНЕЛЕЙ ИНТЕРЬЕРА С ГЕЛЬКОУТНЫМ СЛОЕМ
Приведены антиадгезионные покрытия, применяющиеся для защиты формующей поверхности выклеенных оснасток при изготовлении деталей из полимерных композиционных материалов. Сделана оценка стойкости антиадгезионных покрытий и возможности переносить их на изготовляемые детали; выбрано покрытие для изготовления панелей с гелькоутным слоем.
Ключевые слова: антиадгезионные покрытия, гелькоутный слой.
При формовании деталей из полимерных композиционных материалов (ПКМ) необходима защита выклеечной оснастки от прилипания к ее поверхности. Для этих целей применяются специальные антиадгезинонные покрытия в виде смазок на основе кремнийорганических и фторопластовых соединений*. При совмещенном склеивании и формовании трехслойных панелей с гелькоутным покрытием на основе фенолформаль-дегидного связующего ФПР-520 поверхность выклеечной оснастки из металлических сплавов или полимерных композиционных материалов должна обеспечивать качество поверхности формуемой детали и бездефектный съем ее с оснастки, а также равномерность толщины наносимого слоя гелькоута. Применяемое антиадгезионное покрытие должно обеспечивать смачиваемость поверхности оснастки гелькоутом, так как в противном случае нанесение гелькоута будет неравномерным из-за плохой растекаемости его по поверхности оснастки. Кроме того, антиадгезионное покрытие должно обеспечивать легкое снятие готовой панели с выклеечной оснастки без повреждения декоративного гелькоутного слоя. В работе проведены исследования по выбору антиадгезионного покрытия, отвечающего вышеуказанным требованиям.
Для этого исследованы следующие композиции: кремнийорганические антиадгезионные составы 136-321 (ВСК-5), СК-223, К-21 и фторопластовая водная суспензия Release ALL-30. Для испытаний на подготовленную поверхность выклеечной оснастки -металлическую (Д16) и композиционную (Т-10-80 + ВС0-200) - были нанесены выбранные антиадгезионные покрытия (каждый на отдельную оснастку) и проведена их сушка при температуре 18-30°C в течение 1 ч. После этого покрытия К-21, 136-321
