Смолистый материал,сетчатая слоистая конструкция и способ ее изготовления - SU1041024A3

1

Изобретение относится к смолистым материалам, пригодным для изготовления слоистых конструкций (структур ) и, в частности, к смолистым материалам, пригодным для изготовления сетчатых слоистых конструкций, по существу равномерной толщины.

При изготовлении сетчатых конструкций , например геодезических желательно уметь воспользоваться уникальными свойствами перспективных композиционных материалов, например тер .мореактивных смол, содержащих однонаправленные волокна, ориентированные параллельно оси раздельных линий действия нагрузки в таких конструкциях . Кратное число слоистых связей , образованных из смолы и волокон,

расположенных указанным образом, даст статически неопределимую конструкцию , причем волокна будут непрерывными , а нагрузки будут передаJ ваться от одной связи к другой в результате сдвига в их пересечениях. Одним из основных требований при конструировании и изготовлении жизнеспособных геодезических конструкци

10 является стабилизация отдельных слоев связей между узловыми пересечениями . Если конструкция составлена из двух пересекающихся связей, состоящих каждая из одного или неts скольких чередующихся слоев, между слоями в связях в промежутке между узловыми пересечениями образуется щель, равная толщине одного слоя, Аналогичным образом, если конструкция составлена из трех пересекающих ся связей, между слоями в связях образуется щель, равная тол.щине дву слоев. Таким образом, конструкция получается нестабильной и весьма неравномерной по толщине. Для получения стабильной и равномерной по толщине сетчатой конструкции смолис тый материал, используемый для заполнения щелей между слоями в связах , должен полностью заполнять щели, но при этом должен отсутствовать в узловых пересечения ;. Кроме того,поскольку способность таких смолистых материалов выдерживать и передавать нагрузки всегда низка, присутствие такого смолистого материала в узловых пересечениях делает сетчатую конструкцию значительно бо лее слабой. . Известен смолистый материал для сетчатых слоистых конструкций в виде непрерывной ленты, представляющий собой ориентированный стекловолокнистый наполнитель предварительно пропитанный термореактивной смолой, например эпоксидной, и частично отвержденный, т.е. способность -течь под влиянием тепла и да ления и Известна сетчатая слоистая конструкция , состоящая из пересекающихся между собой жгугов, пропитанных термореактивным связующим, которые в местах пересечения переплетаются другими жгутами С0« Известен способ изготовления сет чатой конструкций, включающий уклад ку в соответствии с заранее выбранным рисунком первого слоя материала пропитанного смолой жгута, укладку поверх упомянутого слоя материала в соответствии с заданным рисунком второго слоя.материала - пропитанно го смолой жгута, и их узловые пересечения переплетают другими жгутами t 1 J. Недостатком известного смолистого материала, сетчатой слоистой кон струкции и способа ее изготовления является то, что слоистая конструкция не обладает равномерной толщиной слоев смолы. Целью изобретения является получение конструкции равномерной толщины .,, Поставленная цель достигается тем, что смолистый материал для сет чатых слоистых конструкции, содержащий слои смолы с определенной степенью отверждения, содержит первый слой поликарбонатной или эпокси-смолы со степенью отверждения, исключающей текучесть под влиянием с кимающей нагрузки, и второй слой наполненной эпокси-смолы со степенью отверждения , обеспечивающей текучесть под влиянием сжимающей нагрузки. Первый слой поликарбонатной или эпокси-смолы может дополнительно содержит графитовые волокна о Второй слой эпокси-смолы может быть наполнен; микросферами. Между первым и вторым слоями эпокси-смолы может быть расположен разделительный стеклохолст. 8 сетчатой слоистой конструкции, включающей пересекающиеся слои и узловые пересечения из слоев смолистого материала,, содержащего слой Смолы с определенной степенью отверждения , пересекающиеся, узловы1е и межузловые пересечения выполнены в. из слоев смолистого материала, содержащего слой поликарбонатной или эпокси-смолы со степенью отверждения, исключающей текучесть смолы под влиянием сжинак-щеч нагрузки, пересекающиеся слои и межузловые пересечения дополнительно .содержат слой наполненной эпокси-смолы со степенью отверждения , обеспечивающей текучесть под влиянием сжимающей нагрузки, и толщи.на слоев наполненной эпоксисмолы пересекающихся слоев изменяется в зависимости от числа слоев поликарбонатной или эпокси-смолы, лежащих в узловых пересечениях. Согласно способу изготовления сетчатой слоистой конструкции, включающему взаимопересекающуюся укладку слоев смолистого материала, содержащего слои смолы с определенной степенью отверждения, в соответствии с заданным рисунком, закрепление узловых пересечений и последующее отверждение, осуществляют укладку слоев смолистого материала, содержащего первый слой поли карбонатной или эпокси-смолы со степенью отверждения, исключающей текучесть смолы под влиянием сжимающей нагрузки, и второй слой наполненной эпокси-смолы со степенью отверждения , обеспечивающему текучесть под влиянием сжимающей силы с приложением сжимающей силы в узловых пе|ресечениях для удаления.из. узловых пересечений заданного, количества наполненной смолы. . На фиг, 1 схематически изображен первый вариант осуществления изобретения , перспективный вид; на фиг. то же, второй вариант; на фиг. 3 то же, третрСй вариант; на фиг. плоская сетчалгая конструкция по изоб ретению с пересечением двух связей; на фиг. 5 - фрагментарный перспекти ный. вид (частично в разрезе, в увеличенном масштабе.узлового пересечения конструкции, показанной на . фиг. ); на фиг, 6 - сечение А-А на фиг. 5; на фиг. 7 плоская сетчатая конструкция по изобретению с трехэлементным пересечением, вид св ху; на фиг. 8 - фрагментарный персп тивный вид в увеличенном масштабе узлового пересечения конструкции, показанной на фиг. 6; на фиг. 9-11 сечения, иллюстрирующие процесс наслоения в узловом пересечении, показанном на фиг. 8, причем на фиг.1 показано сечение Б-Б на фиг, 8, на фиг. 12 - плоская сетчатая констру ция по изобретению с пересечениями двух, трех и четырех связей, перспективный вид; на фиг, 13 - цилиндрическая геодезическая конструкция по изобретению, фрагментарный перспективный вид; на фиг. 14 -оснастка , используемая для изготовления, конструкции, показанной на фиг. 9, на фиг. 15 - узел I на фиг. И; на фиг. 16 - сечение В-В на фиг, Н. На фиг. 1 показан перспективный вид первого варианта смолистого материала по изобретению. Слой 1 тер мопластической или термореактивной смолы покрыт cjjpeM 2 наполненной смолы, часто называемым слоем синте тической смс1лы. В слой 2 заложено множество частиц 3 которые могут быть представлять собой, например, стеклянные микросферы диаметром примерно 60 мк, шарики, слюду или короткие штапельные волокна, причем 9ЛОЙ 2 состоит из смолы, которая сп собна течь под действием сжимающей Силы. Текучесть может быть повышена путем подвода к слою 2 тепла (например , ) во время приложения сжимающей силы, .Слой 1 смолы обычно имеет толщину порядка 0,007-0,010 дюйма (примерно О,18-0,25 мм), а по еле окончательного отверждения приобретает толщину 0,005 дюйма ЧО,127 Слой 2 наполненной смолы обычно име i ет толщину 0,005 дюйма, умноженную на п,где п - число слоев 1, которые будут пересекаться в узле при созДании плоских сетчатых или геодезических конструкций из предлагаемого смолистого материала, разрезанного 1 на ленты. Обычно материал подготавливают в виде непрерывных кусков шириною примерно 3 дюйма(76 мм), а затем разрезает-в продольном направлении на используемые в указанных конструкциях ленты шириной 0,1-0,5 дюйма (2,,7 мм), однако могут быть приготовлены ленты шире или уже указанных размеров. Как показано на фиг; 1, слой 1 может также содержать в себе волокна k (например, графита ), ориентированные так, чтобы придать слою 1 повышенную прочность структуры. Типичными термопластическими или термореактивными смолами, которые могут быть использованы для слоя 1, являются поликарбонатные и эпоксидные смолы, а типичной смолой, которая может быть использована для наполненного слоя 2, является эпоксидная смола, причем слой 2 может быть наполнен 30 вес Л микросфер . На фиг. 2 показан второй вариант смолистого материала по изобретению, в котором слой 1 и наполненнь|й слой 2разделен разделительным плотным тканым холстом 5, который используют для предотвращения просачивания наполненной смолы через слой 1 при приложении давления для создания сетчатых конструкций. Разделительный холст 5 имеет толщину 0,002-0,003 дюйма (0,05-0,076 мм) и .состоит из пластического материала (например, стекловолокна),совместимого со смолами , на которых образованы слои 1 и 2. Слой 1 смолы н содержит волокон и пригоден для тех применений, где способность выдерживать нагрузку необязательна, например для применения в качестве мембраны. Тип используемых в слое 1 волокон зависит от того, какой будет нагрузка - сжимающей , скручивающей, растягивающей или сдвигающей. Как показано на фиг. 2, толщина слоя 2 вдвое больше толщины слоя 1 и подходит для, применений , где узлом пересечения является пересечение трех связей. На фиг.«3 показан третий вариант осуществления изобретения; в котором слой 1 имеет с обеих сторон разделительные холсты 5 и 6, к которым прилегают наполненные слои 2 и 7. Наполненные слои 2 и 7 содержат в себе микро сферы 3, причем наполненный слой 2 имеет iTaKyib же толщину, как у слоя 1, а толщина наполненного слоя 7 вдвое больше толщины слоя 1, Такая конструкция пригодна для использования в сетчатой конструкции с пересечением четырех связей. Как показано , слой 1 акже .содержит в себе большое количество графитированных или другого типа волокон 4. Варианты материала, показанные на фиг. 1-3 могут быть изготовлены различными способами. В соответствии с одним из способов наполнения слой 2 и наполнитель 3 могут быть напылены с помощью двухсоплового устройства на слой 1 смолы в требуемых пропорциях, причем эти материалы смешиваются в воздухе при выходе из сопел. Пленку и наполненное покрытие пропускают зат.ем через груп пу валиков для обеспечения надлежащей толщины. Согласно другому способ слой 2 наполненной смолы может быть приготовлен путем смешивания известного веса наполнителя 3 с дозированным количеством термореактивной смолы. Затем протягивают слой 1 смолы через комплект валков, причем массу наполненной смолы помещают в верхней части стыка валков. Зазор между валками таков, что при протягивании через него слоя 1 надлежащее количество наполненной смолы по1 рываетслой 1, образуя слой2. В соответствии с другим вариантом можно было бы наполненную смолу нанести на слой 1 и протянуть слой 2 под ракельным ножом. При протягивании слоя 2 через зазор под ракельным ножом на слое 1 оставалось бы надлежащее количество наполненной смолы, образующее слой 2. При необходимости использования холста 5 его просто н кладывают на слой 1 смолы перед нанесением заполненной смолы. На фиг. 4 показана плоская сетча тая конструкция 8 по изобретению с множеством пересечений 9 двух связей . Конструкция 8 составлена из бо шого количества листов материала, такого, как показан на фиг. 1, разрезанных на множество лентообразных полосок и уложенных один на другой для обеспечения требуемой конструкции прочности и целостности. Конif струкцию 8 обычно получают, укладывая первую полоску ленты в первом направлении , вторую полоску ленты во втором направлении, третью полоску опять в первом направлении и так далее. Поскольку конструкция 8 имеет двухсвязноё пересечение, толщина конструкции 8 в месте пересечения 9 для каждой пары пересекающихся полосок ленты может быть равна только толщине двух слоев 1 для структуры 9 равномерной толщины. Так как слой 1 синтактической смолы способен при сжатии течь, в каждом узловом пересечении 9 прикладывают достаточную сжимающую силу, вызывающую растекание слоев 2 синтактической смолы .в пересечении, в результате чего там-,, остается только двухслойная структура . Очевидно, что в зонах междупересечениями Э, содержащих только одну полоску ленты, слой 1 и слой 2 вместе составляют толщину, равную толщине двух слоев 1 в узловых пересечениях 9. Получающаяся структура любого одного из узловых пересечений 9 сетчатой конструкции 8 для пары пересекающихся полосок ленты показана ,на фмг. 5 и 6. Узловое пересеч н 9« показанное на фиг. 5, состоит из первого слоя 1. с расположенным на нем первым наполненным слоем 2 и второго слоя l с расположенным на нем вторым наполненным слоем 2. Как . показано, слой 1 пересекает слой 1, который первым укладывается внизу в узловом пересечении 9. При приложении давления (и тепла, если необходимо ) наполненные слои 2 и 2 на 92% выдавливаются - из пересечения 9 и -затекают в зоны 10, прилегающие к месту пересечения двух полосок . Вне пересечения 9 оба наполгНенных слоя 2 и 2- остаются в неизменном виде, в результате чего пересечение 9 и выходящие из него имеют одинаковую толщину. . На фиг. 7 показан вид сверху плоской сетчатой конструкции 11 по изоб- . ретению с множеством трехсвязных пересечений 12. Конструкция 11 выполнена путем первоначальной укладки одного полного комплекта полосок ленты в первом направлении, полного комплекта полосок ленты в третьем направлении, второго полного комплекта полосок ленты опять в первом направлении и так далее. Поскольку конструкция 11 содержит пересечение трех связей, каждый из наполненных слоев 2 вдвое толще слоя 1, и конструкция 11 может быть выполнена из множества полосок материала, так го, как показан на фиг. 2. , На фиг. 8 показанотипичное узловое пересечение конструкции 11 дл трех пересекающихся связей. Для; обе печения равномерной толщины сетчатой конструкции 11 в каждой ленте при укладке прикладывают давление, например , посредством валика, следу ющего за укладочным лентоиап,равителем и обеспечива1ощего приложение, давления 25 фунтов на кв. дюйм (1,75 .кг/см ) в узловых пересечени ях 12, причем положение валика по в соте устанавливают, для трех слоев лент. При укладке первого комплекта слоев 1, 2., как показно на фиг. 9, кой валик не оказывает никакого вли яния на высоту первого .комплект-а слоев. При укладке второго комплек2 сумма толщин первог та слоев 1 комплекта слоев Л, 2 и второго . комплекта слоев 1, 2 равна шее .ти толщинам: две толщины составляют- отдельные:- слои 1 , 1/ и четыре толщины - отдельные слои 2., 2 . При прох.ождении валика по каждому пересечению четыре толщины слоев 2, 2 сжимаются до Ьдной толщины, в ре зультате чего полученную толщину пересечения 12 составляют три толщины: .две дают слои 1, 1 и одну слой 2. Получающаяся в результате укладки двух комплектов слоев конструкция показана в сечении. .. фиг. 10. Укладка третьего комплекта . слоев l, 2 опять дает шесть толщин в пер,есечении 12: -три толщины слоев 1, 1 и 1, одна оставшаяся толщина .слоя 2 и две - толщины слоя 2. После воздействия на. пересечеАие 12 валика все наполненные слои выжаты и остаются только 1 , 1 , как показано на фиг фнг. 11. Таким образом, каждое из трехсвязйых пересечений. 12 имеет трехтолщиннуюструктуру, состоящую из слоев 1, l и t , причем каждый соединительный участок между узловы ми пересечениями 12 также имеет тре толщинную структуру, состоящую из одной толщины слоев 1, l и l и двух толщин слоев 2, Z. На фиг. 12 показана плоская сетчатая конструкция 13 имеющая пересечения двух, трех и четырех свя . зей. Вследствие наличия четырехсвязных пересечений используют ленту. Такую, как показана на фиг. 3, котбТ5ая имеет одну толщину слоя Г и три. толщины наполненной смолы, составляющей слои 2 и, 7.. Количество наполненной смолы, выдавливаемой из каждого пересечения, зависит от числа связей, пере.секающихся в каждом узле. Например, в пересечении . И, где пересекаются две связи, конечная структура узла для каждого комплекта пересекающихся слоев, состоит из двух толщин слоя смолы и двух толщин слоя наполненной смолы. В трехсвязном пересечении 15 конеч- ная структура узла для каждого комплекта пересекающихся слоев составит из трех толщин слоя смолы и одной толщины слоя наполненной смолы. И, наконец, в пересечении 16, где пересекаются четыре связи, конечная . структура узла для каждого комплекта пересекающихся слоев состит из четырех толщин слоя смолы и не содержит ни одной толщины, слоя наполненной смолы, так как весь материал слоя 2 наполненной смолы выдавлен в окружающую узловое пересечение 16 область. На фиг. 13 показан фрагментарный .перспективный вид цилиндричес-; кой геодезической конструкций по изобретению. Геодезическая конструкция .17 состоит из трехсвязных пересечений , таких, как пересечения в конструкции 11 на фиг. 6, с примерно такой же укладкой слоев. Фиг. иллюстрируют оснаст- ку и способ изготовления цилиндрической геодезической конструкции 17, показанной на фиг. 9. Как показано на фиг. l4-l6, цилиндрическая деревянная опра.вка 18 покрыта слоем 19 резины ,имеющим серию канавок 20, ориентированных в соответствии с конкретным рисунком, определяющим конфигурацию геодезической конструкции 17. Состоящие из слоев 1, 2 нема- полненной и наполненной смолы полоски укладывают таким образом, как описано в отношении конструкции 11, в канавки 20 и непрерывно; обвивают вокруг оправки 18 с резиновым слоем 19, причём после наложения полосок рдна на другую синтактическая смола выдавливается из узловых пересечений . Как показано на фиг. It, в каж дом узловом пересечении предусмотре. 11 ны ЗОНЫ 21 для растекания синтак.ти ческой смолы. Вокруг оправки 18 с реаиновым слоем 19 устанавливают комплект охватывающих цилиндрических инструментов 22, выполненных и стали или алюминия и обложенные ре ЗИНОЙ 23. Вакуумный мешок 24, окру ющий охватывающий инструмент 22, герметически уплотняют относительно слоя 19 резины и создают в нем вакуум. Вакуум заставляет ре.зиновый слой 19 растягиваться и прижиматься к охватывающему инструменту 22, в то время, как сам.мешок 4 . .12 2k притягивается к инструменту 2, Затем оправку 18 извлекают и весь комплект по 1ещают в автоклав для отвеждени , например, при , 100 фунтах на кв. дюйм в полном вгакууме в те.чение одного часа для обеспе 1ения полимеризации снопы, уплотнения слоистых пересечений, удаления излишков с.молы и газообра.зных коипонентов . Предлагаемый смолистый листовой) материал .пригоден дпя изготовления сетчатых слоистых конструкций равномерной толщины. . . л

. л л. . I

. , . ч .. .,,.,. . . , . . .

J . ,. .

/-:.

, fi : Rw:«/

2

V

s f //////.;

4 V VOCNX V

f .

.//

/

( Pfff.ff

v X/.

ZXZXZ

ZXX

11

ф1/г.

ф1/г. / fГ

Y

,

Фt/г./

BBH

ф1/г. //

/

./

(Риг. fff