CC BY
40
УДК 678.073
К.Е. Володин, Т. Ф. Изотова, С.В. Малышенок
ТЕРМОПЛАСТИЧНЫЕ ЗАПОЛНИТЕЛИ ДЛЯ МНОГОСЛОЙНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
В интерьере современных пассажирских самолетов и вертолетов 60-80% занимают трехслойные сотовые панели-конструкции, состоящие из двух стеклопластиковых обшивок и расположенного между ними заполнителя в виде сот и декоративного слоя. Из трехслойных сотовых панелей изготовляют полы, потолки, перегородки, фальшборт, стены, багажные отсеки и другие элементы интерьера.
Основные требования, предъявляемые в авиакосмической технике к трехслойным панелям:
- пожаробезопасность - панели должны соответствовать международным требованиям ИКАО (FAR 23, FAR 25) и отечественным нормам АП-25 по огнестойкости, дымовыде-лению, тепловыделению и токсичности выделяемых газов;
- прочность при сжатии 1-2 МПа;
- адгезионная прочность обшивок к сотам.
До последнего времени трехслойные панели изготовлялись из следующих материалов, выпускаемых в России:
- обшивки из стеклоткани, пропитанной модифицированным фенольным связующим;
- декоративный слой - многослойная ПВХ-пленка марки ПДО АЗМ-23;
- соты из фенилоновой бумаги или, когда нет ограничений по массе, из тяжелой прочной стеклоткани и фенольного связующего;
- клей для соединения обшивок, сот и декоративного слоя.
В настоящее время выпуск фенилоновой бумаги и сот из нее в России прекращен, оборудование частично демонтировано и уничтожено. Для восстановления производства требуется более 3,0 млн. долларов США при условии закупки мономеров за рубежом и восстановления бумажной фабрики на Украине.
Кроме того, пленка ПДО АЗМ-23 не отвечает современным требованиям FAR 25 по пожаробезопасности - тепло- и дымовыделение трехслойных декорированных панелей в 1,5 раза выше нормы. Поэтому при строительстве новых и ремонте старых авиалайнеров приходится закупать за рубежом декоративные пленки фирмы «Шнеллер», по цене 30-50 дол. США за 1 м2 и сотовые панели фирмы «Хексель-композит» (Англия) по цене 60-70 дол. США.
Главным отличием разрабатываемых заполнителей от заполнителей, полученных по традиционной технологии, является применение термопластичных полимерных связующих вместо термореактивных. В работе использовали связующие на основе полисульфона с разной температурой стеклования.
Ниже, на примере получения заполнителя, показаны преимущества применения термопластичного связующего.
Сравнительная оценка технологий
Традиционная технология
1. Раскрой бумаги (ткани)
2. Приготовление клея
3. Нанесение полос клея на заготовки бумаги (ткани)
4. Выкладка пакета
5. Термообработка пакета
6. Растягивание пакета - формование сотоблока
7. Приготовление связующего
8. Пропитка сотоблока связующим
9. Термообработка пропитанного сотоблока
10. Нарезка сотоблока на плиты заданной высоты
Разрабатываемая технология
1. Получение термопластичного препрега
2. Формование гофрированного заполнителя
3. Формование ячеистого заполнителя
Предлагаемая технология получения заполнителя отличается от традиционной:
- значительным снижением трудоемкости изготовления (число операций сократилось в 3 раза);
- улучшением санитарно-гигиенических условий труда (отсутствуют растворители, необходимые для приготовления клея и связующего);
- сокращением производственных площадей.
В ВИАМ проведены исследования по разработке непрерывной технологии получения пожаробезопасных термопластичных стеклопрепрегов и заполнителей на основе отечественных материалов. Для этого были модернизированы две установки, позволяющие опробовать электронно-ионную и расплавную технологии получения препрегов.
По электронно-ионной технологии (ЭИТ) стеклоткань через систему направляющих и тянущих валков попадает в ванну с заряженным порошковым связующим (полисульфон), где за счет сил электростатического напряжения связующее осаждается на наполнителе. На приемную бобину готовый препрег попадает через камеру оплавителя и калибровочные валки.
По расплавной технологии на постоянно двигающуюся стеклоткань из бункера-дозатора подается порошковое связующее (полисульфон), подплавляется оплавителями и вдавливается на специальном приспособлении в стеклоткань.
Качество получаемого препрега определяется по равномерности наноса связующего, весовому соотношению связующего и стеклоткани и по пределу прочности при сжатии отпрессованных образцов стеклопластика. Для дальнейших исследований выбрана ЭИТ изготовления термопластичных стеклопрепрегов.
Рассмотрены различные варианты форм ячеек заполнителя, сравнивалось влияние их параметров (прочность материала препрега, его толщина, форма ячейки) на плотность заполнителя, оценивались механические свойства, анализировались возможные методы изготовления заполнителей, оценивались эти методы по производительности, сложности оборудования и надежности его работы.
За основные формы были выбраны:
- сотовая структура с ортогональными по отношению к поверхности обшивок плоскостями препрега;
- варианты сочетания гофрированных элементов, изготовленных из полотен препрега (плоскости препрега в основном располагаются под углом 80-90 град к обшивкам);
- рельефные поверхности препрега различной сложности, расположенные под углом 40-70 град к обшивкам.
Выбор структуры заполнителя основывается на анализе разрушения заполнителя и на технологичности производства.
Анализ разрушения композиционных материалов, а также разрушение сотового заполнителя показали, что разрушение препрега при сжатии начинается в месте его контакта с обшивкой или плоскостью давления. Вначале на расстоянии толщины листа препрега происходит расслоение препрега, изгиб элементарных нитей стекловолокон и при максимальных нагрузках - изгиб препрега и сжатие на все большем удалении от места контакта. Такой характер указывает на определяющую роль потери устойчивости структур при сжатии.
Снизить склонность к потере устойчивости возможно, изменив конструктивным способом вид напряженного состояния в результате приложенной нагрузки - на сдвиг или растяжение. Такой более устойчивой структурой представляется элемент конуса с углом восприятия нагрузки, близким к 90 град. При угле меньшем чем 90 град потеря прочности составляет 2-6% и компенсируется повышением устойчивости структурного элемента и, что существенно, увеличением работающего сечения элемента по мере продавливания по периметру касания.
Этот эффект роста периметра приводит к снижению напряжения в частично сжатом элементе. Если нагрузка на заполнитель не возрастает, то разрушение прекращается, а структура частично восстанавливает свою первоначальную форму. Кроме того, при сжатии периметр испытывает растяжение, а прочность при растяжении материала значительно больше, чем при сжатии.
Анализ процесса разрушения заполнителя, составленного из элементов, включающих конические поверхности, показывает, что такой заполнитель может иметь прочность и устойчивость не хуже, чем ортогональные сотовые конструкции. Весь заполнитель формируется из одного листа препрега без резки и сварок.
Технология производства таких заполнителей во много раз производительнее и высококачественнее.
Разработаны установки для формования ячеистых заполнителей из термопластичного стеклопрепрега и технология формования заполнителя.
УДК 678.073
Г.Н. Петрова, Н.М. Абакумова, Т.В. Румянцева,
Э.Я. Бейдер, Ю.В. Сытый, Д.Н. Перфилова, Т.С. Волкова
ЛИТЬЕВЫЕ ТЕРМОПЛАСТЫ С ПОНИЖЕННОЙ ГОРЮЧЕСТЬЮ
В современных летательных аппаратах основная масса литьевых деталей конструкционного и декоративно-конструкционного назначения (корпуса приборов, кронштейны, детали вентиляционной системы и пассажирских кресел, панели обслуживания, основания плафонов, плафоны, разъемы и т. д.) изготовлялись из композиций на основе полиамидов ПА12-Л и ПА610-Л, полистирола, поликарбоната ПК-ЛТ-10 и других термопластов. Однако в последнее время к таким деталям предъявляются повышенные требования по горючести и дымообразованию.
В статье рассматриваются термопластичные материалы конструкционного и декоративно-конструкционного назначения, которые отвечают требованиям АП-25 по пожаробез-опасности и могут быть рекомендованы для получения деталей литьем под давлением.
Свойства материалов приведены в табл. 1 и 2.
Полисульфон ПСФ-150 (см. табл. 1) обладает высокими механическими свойствами, теплостойкостью, стойкостью к различным агрессивным средам, хорошими электрическими свойствами и технологичностью. Высокие температуры переходов (стеклования и плавления), термостабильность обусловливают его длительную эксплуатацию при повышенных температурах.
Полисульфон используется при работе в интервале температур от -60 до +150оС.
Для изготовления прозрачных деталей светотехнического назначения в авиационной промышленности рекомендуется поликарбонат марки ПК-М-С, разработанный на базе поликарбоната ПК-ЛТ-10. Этот материал полностью отвечает требованиям АП-25 по пожаро-безопасности.
