CC BY
158
УДК 658.51.011.56:629.73
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ МАТЕРИАЛА ДЛЯ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ВЫКЛАДКИ НА ПРИМЕРЕ MAG VIPER 1200
М.Ю. Воскобойник, О.А. Караева, А.М. Кудрин, Д.В. Полухин
Разработана технология получения безуткового препрега на основе углеродной однонаправленной ленты и рас-плавного клеевого связующего в качестве исходного материала для системы автоматизированной выкладки MAG Viper 1200 с номинальной шириной ленты 6,35 мм в соответствии с техническими требованиями оборудования
Ключевые слова: углеродная лента, клеевое связующее, безутковый препрег, полимерные композиционные материалы, автоматизированная выкладка
Введение
Повышение производительности труда является одним из ключевых факторов обеспечения конкурентоспособности в авиастроении. Развитие и внедрение современных технологий автоматизированного получения композиционных материалов позволяет существенно сократить трудоемкость, исключив ручной труд, нарастить объемы производства и, как следствие, повысить производительность.
Разработка новых технологий и автоматизация операций в производстве позволяют наладить крупносерийный выпуск изделий. В авиастроении применение автоматизированной выкладки изделий из полимерных композиционных материалов (ПКМ) позволяет добиться повторяемости конечного результата, повысить такие характеристики, как скорость выкладки, точность укладки слоев и степень их уплотнения. Современные высокотехнологические комплексы систем автоматизированной выкладки волокна позволяют изготавливать элементы и детали различной сложности с высокой точностью укладки волокна [1]. Одним из таких комплексов является система автоматизированной выкладки волокна MAG Viper 1200.
Система выкладки волокна MAG Viper 1200 была разработана специально для обеспечения процесса изготовления (производства) простых или сложных, симметричных или асимметричных, цельных или трехслойных
Воскобойник Максим Юрьевич - НВЛ «Композиционные материалы» ВГТУ, инженер, e-mail: [email protected]
Караева Оля Анатольевна - НВЛ «Композиционные материалы» ВГТУ, мл. науч. сотрудник, e-mail: [email protected]
Кудрин Алексей Михайлович - НВЛ «Композиционные материалы» ВГТУ, заведующий лабораторией, e-mail: [email protected]
Полухин Денис Вадимович - НВЛ «Композиционные материалы» ВГТУ, инженер, e-mail:
деталей в одном цикле из высококачественных композитных материалов в авиастроении.
Основным структурным элементом комплекса выкладки волокна является выкладоч-ная головка.
Она имеет уникальную конструкцию, которая точно распределяет, отрезает, закрепляет и возобновляет до 12 отдельных пропитанных термореактивными смолами композитных жгутов номинальной шириной 6,35 мм.
В качестве исходного сырья используются препреги [2] в виде непрерывных волокон или лент (жгутов). К данным материалам предъявляются высокие технологические и технические требования, обусловленные спецификой комплекса MAG Viper 1200.
Целью данной работы было исследование и разработка технологических режимов получения углеродных лент (жгутов) в соответствии с техническими требованиями комплекса автоматизированной выкладки MAG Viper 1200.
Методика эксперимента
Совершенствование конструкции систем автоматизированной выкладки волокна сопровождается повышением технических требований к исходному сырью и, как следствие, вызывает необходимость в разработке новых материалов и технологий получения полуфабрикатов на их основе.
Существуют различные технологии получения сырья для процесса автоматизированной выкладки, среди которых основными являются следующие:
- получение полуфабриката по препрего-вой технологии в виде широкой однонаправленной ленты с последующей порезкой на жгуты номинальной ширины;
- метод формирования ленты или жгута из однонаправленных нитей (волокон) с требуемыми геометрическими параметрами.
Наиболее актуальным методом получения сырья для процесса автоматизированной вы-
кладки MAG Viper 1200 является получение полуфабриката по препреговой технологии [3] в виде широкой однонаправленной ленты с последующей порезкой на жгуты необходимой ширины.
Технология получения безутковых пре-прегов на основе углеродных однонаправленных лент и расплавных связующих является наиболее перспективной. Общая схема процесса изготовления препрегов по данной технологии представлена на рисунке.
Для создания направления однонаправленной ленты используются углеродные нити, которые поступают со шпулярника на узел площения, где происходит формирование однонаправленной ленты без зазоров шириной до 400 мм с заданной поверхностной плотностью от 80 до 300 г/м2.
Нанесение клеевого связующего на сформированный поток однонаправленной углеродной ленты осуществляется методом горячего расплава (hot -melt).
Клеевое связующее, предварительно нагретое до необходимой температуры (для придания заданной вязкости), наносят тонким слоем заданной ширины и толщины на антиадгезивную бумагу.
Схематическое изображение технологии изготовления безутковых препрегов на основе однонаправленных лент
и расплавного связующего: 1 - дозирующие валы; 2 - ламинирующий вал; 3 - нагревательная панель; 4 - охлаждающий стол; 5 - система контроля качества препрега QMS-12 МЛИЬО; 6 - связующее; 7 - сформированная лента; 8 - шпулярник; 9 -ролики с желобами; 10 - система натяжителей; 11 - мастер цилиндр; 12 - бумага; 13 - упаковочная пленка; Р1-Р7 - размотчики; Н1-Н4 - намотчики; К1-К7 - каландры; • - тензодатчики; о - вспомогательные валы или ролик
На следующем этапе технологического процесса пропитки на ленту с двух сторон накатывается бумага с заранее нанесенным слоем связующего, пропускается через прижимные ролики и поступает в печь или обогреваемые каландры, где происходят плавление и пропитка армирующего материала и
формирование необходимой толщины монослоя. После пропитки происходит охлаждение препрега на охлаждающем столе и удаление бумаги.
Перед нанесением защитной пленки осуществляют контроль поверхностной плотности препрега.
Заключительным этапом технологического процесса получения полуфабриката является намотка полученного препрега в рулон на бобину.
Для использования полученного полуфабриката в виде пропитанной однонаправленной углеродной ленты шириной 400 мм на установке Viper 1200 необходимо произвести порезку препрега на жгуты номинальной ширины.
Технологический процесс формирования жгутов с номинальной шириной заключается в следующем: нити со шпулярника поступают на блок площения, где по определенной схеме происходят укладка и площение специализированными направляющими роликами (представляющими собой валы с заданным шагом желобов) углеродной ленты необходимой ширины.
Процесс пропитки лент аналогичен технологическому режиму получения полуфабрикатов в виде широких безутковых препрегов.
Результаты и обсуждение
Технологические особенности получения жгутов с номинальной шириной 6,35 мм позволяют сделать вывод о том, что наиболее оптимальной технологией, удовлетворяющей требованиям установки автоматизированной выкладки Viper 1200, является получение полуфабриката по препреговой технологии с последующей порезкой на жгуты необходимой ширины. Эта технология является наиболее перспективной, поскольку имеет ряд преимуществ перед технологией формирования лент из однонаправленных нитей с требуемыми геометрическими параметрами, таких как высокая точность качественного и количественного процесса нанесения связующего и контроля поверхностной плотности получаемого препрега.
Главным недостатком изготовления жгутов является сложность формирования лент заданной ширины и ее контроль на протяжении всего технологического процесса в пределах допустимых значений, указанных в технических требованиях к установке автоматизированной выкладки.
Заключение
В ходе выполненной работы была разработана технология получения препрегов на основе безутковых однонаправленных углеродных лент и расплавного клеевого связующего с последующей порезкой на жгуты номинальной ширины 6,35 мм для их использования в качестве исходного сырья в системе автоматизированной выкладки MAG Viper 1200 при производстве изделий из полимерных композиционных материалов.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки в рамках госзадания на 2015 год.
Литература
1. Чернышов, Е.А. Современные технологии производства изделий из композиционных материалов [Текст] / Е.А. Чернышов, А.Д. Романов // Современные наукоемкие технологии. - 2014. - № 2. - С. 46-51.
2. Сироткин, О.С. Новые конструкционные и функциональные ПКМ на основе термопластов и технологии их формования [Текст] / О.С. Сироткин, М.А. Ан-дрюнина, Э.Я. Бейдер // Авиационная промышленность. -2012. - № 4. - С. 43-47.
3. Технология получения и физико-химические свойства препрегов ЛУ-П-0,1 + ЭНФБ и углепластиков на их основе [Текст] / О.А. Караева, А.М. Кудрин, А.В. Калгин, О.В. Овдак // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2012. - Т. 8, № 6. - С. 60-62.
НВЛ «Композиционные материалы» Воронежского государственного технического университета
TECHNOLOGICAL FEATURES OF PRODUCING MATERIAL FOR AUTOMATED FIBER PLACEMENT MACHINE AS MAG VIPER 1200
M.Yu. Voskoboinik, O.A. Karaeva, A.M. Kudrin, D.V. Poluhin
The technology of the weft-free prepreg based on a carbon unidirectional tape and hot-melt resin, as a material for an automated fiber placement machine as MAG Viper 1200 with the 6,35 mm nominal width of the tape, in accordance with the specifications of the equipment have been developed
Key words: carbon tape, hot-melt resin, weft-free prepreg, polymeric composite materials, automated fiber placement
