Стільникові конструкції, пріорітетінвест

Поєднання серцевини з легкого заповнювача з обшивкою дає можливість створити міцну і легку конструкцію, придатну для використання в відповідальних агрегатах літаків і інших літальних апаратів, а також при виготовленні кузовів автомобілів, залізничних вагонів, в житловому будівництві, в меблевій промисловості і в інших галузях народного господарства [18-20]. Стільникові наповнювачі забезпечують необхідну жорсткість металевих панелей при навантаженнях, що вигинають і стійкість при стисненні. Застосування сот дає економію масі, яка в деяких випадках досягає 15-20%. Термін служби цих конструкцій при втомних навантаженнях значно більше, ніж звичайних конструкцій; виробництво стільникових конструкцій завдяки відсутності шпангоутів і нервюр простіше і економічніше, особливо масове виробництво.

Поєднання легкого заповнювача з металевою обшивкою дозволяє використовувати обшивальні матеріали малої товщини. Як матеріал для серцевини в стільникових конструкціях широко використовуються стільники з тонкого металу; найбільше застосування знайшли стільники з алюмінієвої фольги [21]; для виробів, що працюють при високих температурах, рекомендуються сталеві і титанові стільники. Обшивальними матеріалами зазвичай служать алюмінієві сплави товщиною від 0,3 до 1,6 мм. Якщо ж конструкція повинна мати високу міцність, теплостійкість і стійкість до абразивних впливів, застосовують сталь. Найбільш поширений тип клеєної панелі зі стільниковим заповнювачем, які представляють собою осередки шестикутної форми.

В даний час клеї широко застосовуються для виготовлення тришарових конструкцій (конструкцій типу «сендвіч»), що складаються з двох обшивок і серцевини. Як серцевини використовуються пінопласти, стільникові матеріали з металу, паперу або пластику (наприклад, текстоліту, стеклотекстолита), деревини бальзам і ін. В літакобудуванні та інших галузях техніки для виготовлення стільникового заповнювача в силових тришарових конструкціях застосовується спеціальна теплостійка полімерна папір, що дозволяє значно зменшити масу конструкцій.

В Англії розроблені стільники з нейлону, покритого фенольной смолою. Для цієї ж мети застосовується волокнистий матеріал марки номекс, розроблений фірмою «Du Pont de Nemours» спільно з фірмою «Boeing» на основі ароматичних поліамідів. Він легший і жорсткий, ніж інші матеріали, що використовуються для виготовлення сот. Номекс не горить, а тільки обвуглюється при 500 ° С з невеликим виділенням газу. Один з видів номексу поставляється з неотвержденного покриттям з фенольної смоли, що дозволяє надавати стільниках різну форму, а потім відкинутий-дати їх при 150 ° С. Стільники з паперу номекс характеризуються високою міцністю і стійкістю до удару. Досліджувалася можливість застосування таких сот в поєднанні з обшивкою із пластику, зміцненого вуглецевими волокнами [22, 23].

Неметаллический заповнювач для тришарових конструкцій може бути отриманий методом намотування. Після намотування його просочують епоксидною смолою, яка потім твердіє, і знімають г оправлення. Оправлення, а отже, і заповнювач, може бути будь-якої форми.

Механічні властивості стільникового заповнювача залежать головним чином від товщини стінок і розміру осередків. Міцність з'єднання обшивки з заповнювачем також є функцією розміру осередку. На рис. III.16 наведені дані, що характеризують зміна міцності клейового з'єднання в залежності від розміру осередку. Для підвищення міцності з'єднання заповнювач з обшивкою при відшаруванні іноді застосовують клейові плівки, що представляють собою склотканина, просочену клеєм.

Так як не завжди вдається підібрати клей, в якому поєднується хороша текучість з високою еластичністю, що забезпечує необхідну міцність при нерівномірному відриві, то іноді доводиться застосовувати для склеювання два клею. У цих випадках рекомендується на сполучаються поверхні накласти подслой еластичного клею, а потім приклеїти стільниковий заповнювач за допомогою кілька крихкішого, але який володіє хорошою плинністю клею.

Для видалення летючих речовин, що утворюються в процесі затвердіння клею, в стінках сот зазвичай роблять невеликі отвори. Однак, оскільки стільникові конструкції з отворами (перфоровані) негерметичні і утримують конденсується вологу, в багатьох сучасних конструкціях застосовують перфоровані стільники. При цьому потрібно клей, який виділяє при затвердінні мінімальні кількості летючих речовин.

У стільникових конструкціях крім сполук стільникового заповнювача з обшивкою є також клейові з'єднання власне сот, виконувані в процесі виробництва заповнювача. Ці сполуки не так навантажені, як з'єднання сот з обшивкою, головним чином завдяки порівняно великій площі склеювання. За допомогою клеїв з'єднуються також суміжні відсіки заповнювач і заповнювач з вкладишами, окантовками і іншими деталями.

Стільникові матеріали виготовляються методом гофрування і розтягування [5, 25]. При гофрування (рис. III.17) алюмінієву фольгу, намотану на котушку, пропускають при кімнатній температурі через ванну для знежирення. Потім її промивають водою, сушать при 180 ° С і після охолодження пропускають через ванну з фенольним клеєм, в'язкість якого ретельно контролюється. Фольга проходить між двома нерухомими валками з полірованої сталі діаметром 25,4 мм, розділеними прокладкою, товщина якої на 0,2 мм більше товщини фольги. У міру того як фольга проходить між валками, плівка рідкого клею товщиною 0,1 мм наноситься на кожну з поверхонь. Покриту клеєм фольгу висушують, охолоджують, формують на вальцях і за допомогою гільйотинних ножиць розрізають на шматки необхідної довжини. Потім гофрований лист укладають на плиту і фіксують на металевих шпильках, які виступають на поверхні плити. Гребені гофра повинні стосуватися шпильок. Наступний лист накладають на перший так, щоб гребені гофра збігалися з заглибленнями між гребенями гофра нижнього листа.

Для отримання стільникового заповнювача з симетрично розташованими шестикутними осередками гофри склеюють на спеціальній машині із застосуванням нагрівання і тиску, створюваного двома пластинами, нагрітими до 200 ° С. Поверхня готового заповнювач знежирюють.

Для отримання стільникового заповнювача шляхом склеювання пакетів фольги з наступним розтягуванням (рис. III.18) зазвичай застосовують фольгу шириною 0,4 м. Розмір осередків коливається в межах 3,17-12,7 мм. Попередньо знежирена фольга проходить між напрямними валками, а потім між ребристими валками, що знаходяться один проти одного. При цьому на обидві сторони фольги наносяться смужки клею.

Для видалення розчинника фольгу висушують за допомогою інфрачервоних ламп, після чого пропускають через диропробіваю-щие валки, на яких вона з'єднується з листом фольги без покриття, що надходять з іншого котушки. Таким чином, обидва листи фольги одночасно проходять через диропробівающіе валки, причому на одному з них знаходяться голки для пробивання отворів, розташовані по колу на певній відстані один від одного, на іншому - поглиблення, в які входять голки. Після цього обидва листи пропускають через затискні валки для видалення задирок. Здвоєні аркуші розрізають за допомогою гільйотинних ножиць на шматки певної довжини, які складають в ящик по 300 штук. Ящик з укладеними в ньому листами поміщають в прес і витримують там 25 хв під тиском 3,5 кгс / см 2 при температурі 160 ° С для забезпечення необхідної міцності клейового з'єднання. Скленной пакет фольги площею 0,3-0,4 м 2 і товщиною 19 мм розрізають стрічковою пилкою на смуги в напрямку, перпендикулярному лінії склеювання. Ширина смуг визначає висоту стільникового заповнювача після розтягування.

Для розтягування до розрізаному пакету фольги клеєм, знедолений життєдайним при кімнатній температурі, приклеюють вузькі гофровані смужки фольги. Потім їх надягають на шпильки в захоплюючому механізмі, який розтягує стільниковий заповнювач. Пакет, що складається з 300 аркушів фольги, розтягується до отримання заповнювача площею 0,9X0,3 м при розмірі осередків 3,17 мм.

Запропоновано спосіб кріплення стільникового заповнювача до елементів конструкції, що полягає в тому, що на поверхню стільникового заповнювача в процесі його виготовлення наносять речовину, здатну в певних умовах вспениваться, заповнюючи осередку сот і фіксуючи стільниковий заповнювач в конструкції. Як спінюючих речовин найчастіше використовують пінополіуретани або фенолоформальдегідні піни.

Механічна обробка стільникового заповнювача полягає зазвичай в різанні стрічковою пилкою і фрезеруванні. Перед фрезеруванням заповнювач з метою стабілізації форми і розмірів його зазвичай заповнюють водою і заморожують. Застосовуються також спеціальні липкі стрічки.

Для нанесення клею при склеюванні обшивки і стільникового заповнювача використовується машина, схема якої приведена на рис. III.19 (див. Також рис. 111.20). Обшивочний матеріал перед склеюванням (після очищення і хімічної обробки) покривають за допомогою пульверизатора або кисті необхідною кількістю шарів клею. Кожен шар клею забарвлений для полегшення контролю якості нанесення клею. Для прискорення процесу виготовлення тришарових панелей склеювальні склади наносять методом гарячого розпилення [26].

За кордоном в якості клеїв для стільникових конструкцій застосовуються головним чином композиції на основі модифікованих епоксидних смол, фенолокаучуковие клеї, клеї на основі фенольних смол, модифікованих полівінілбутіралем, фено-лополівінілформальние клеї Рідакс і ін. Для стільникових конструкцій, що працюють при температурах вище 180 ° С, рекомендується використовувати різні клеї на основі суміші фенольних смол і поліамідів, а для експлуатації при температурах до 260 ° С • на основі суміші фенольних та епоксидних смол. При більш високих температурах застосовуються клеї на основі різних ароматичних полімерів.

До числа епоксидних клеїв, найбільш придатних для склеювання стільникових заповнювачів, відносяться отверждающиеся при кімнатній температурі клеї Аральдо АУ-101 і Аральдо АУ-103.

Для приклеювання стільникового заповнювача з алюмінієвого сплаву до обшивки застосовується найлоновая стрічка, просочена епоксидним клеєм [27]. Вуглецево-графітовий тканина, просочена поліамідним клеєм, застосовується для склеювання стільникових конструкцій, в яких наповнювач і обшивка виконані зі сталі [28].

Останнім часом при склеюванні стільникових конструкцій все частіше застосовують адгезійні грунти, які не тільки захищають підготовлену до склеювання поверхню, але і сприяють поліпшенню смачиваемости і розтікання клею, захищають поверхню від корозії, оберігають склеюється поверхню від шкідливого впливу клею (і навпаки), сприяють підвищенню еластичності клейового з'єднання, збільшення надійності та експлуатаційної стійкості клейових з'єднань і ін. [6].

Фірма «Hezcell» (США) розробила і застосовує при виготовленні стільникових конструкцій новий прогресивний спосіб склейванія, що полягає в нанесенні рідкого клею на торці з'єднання стільникового заповнювача з обшивкою. При цьому утворюються так звані припливи, що забезпечують міцне з'єднання. Крім того, значно знижується витрата клею, а отже, і маса конструкції.

Фірмою «Boeing» (США) розроблений комбінований метод виготовлення стільникових панелей, який полягає в поєднанні пайки срібним припоєм і склеювання нержавіючих сталей типу РН-15-7Мо і 17-ПН керамічним клеєм. Листи стали знежирюють в парах трихлоретилена і промивають в лужному розчині. Керамічний клей наносять на сполучаються поверхні методом розпилення; товщина клейової плівки в висушеному стані становить 0,25-0,125 мм. Сушку проводять при 25- 90 ° С.

Керамічний клей на основі скла з боросилікат барію може бути використаний для склеювання сталевих тришарових конструкцій [29], які працюють при температурах до 538 ° С. Плоскі тришарові панелі склеюють так званим статичним методом. Пакет, що складається з обшивок і заповнювач, прикріплюють зажимами до форми, покривають гумовим чохлом, створюють вакуум і роблять запресовування при нагріванні і під тиском відповідно до режиму затвердіння використовуваного клею. Деталі круглого перетину склеюють в спеціальному циліндричному обертається пристосуванні.

Для виготовлення панелей стільникового конструкції застосовується також метод склеювання за допомогою металевих кульок. На склеюється панель насипають дрібні алюмінієві кульки (діаметром 6,35 мм) і створюють тиск. Перевага цього методу - значне зменшення числа непроклея в з'єднанні.

Відомі стільникові заповнювачі з шестикутними осередками, розташованими в шаховому порядку, які придатні для виготовлення деталей складного профілю, а також з гофровим заповнювачем [21]. У деяких випадках для підвищення опору зрізу в стільникові заповнювачі вводять підсилювальні прокладки у вигляді смужок фольги (рис. 111.21). Це підвищує міцність заповнювача приблизно на 100%.

Розроблено тришарові стільникові металеві конструкції, які можуть працювати при температурах до 260 ° С, зокрема конструкції з титанових сплавів, склеєні синтетичними клеями. Найбільш придатними виявилися клеї на основі фено-лоформ альдегідної смоли і нитрильного каучуку і на основі епоксидно-фенольних смол.

Для виготовлення тришарових конструкцій зазвичай застосовують алюмінієві сплави. Дуже перспективні конструкції зі стільниковим заповнювачем з нержавіючої сталі і обшивкою з титану.

Стільникові наповнювачі отримують також з бавовняної або скляній тканини. Методи отримання наступні:

* Профілювання листів тканини, просочених сполучною, з подальшим склеюванням з них блоків;

* Профілювання листів непросочені тканини і склеювання з них блоків з подальшою просоченням сполучною; розтягнення пакетів стільникових заповнювачів. Стільникові наповнювачі з неметалічних матеріалів застосовують в поєднанні з обшивками з склопластиків, дуралюмина, фанери і т. Д. Стільникові наповнювачі з паперу виготовляють просоченням спеціальних сортів паперу (наприклад, IP-63) карбамід-ними клеять смолами, наприклад смолою МФ-17, або з крафт-паперу марки КР з просоченням паперовим лаком. В якості сполучних при виробництві паперових стільникових заповнювачів застосовують карбамідні смоли, а також полівініл ацетатну емульсію і композиції на основі фенолоформальдегідних і епоксидних смол. На міцність і уявну щільність стільникового заповнювача з паперу ІП-63 впливають розміри осередків і тип сполучного. Стільникові паперові наповнювачі мають високі показники теплоізоляційних властивостей.

Виготовляється стільниковий заповнювач, що складається з великого числа синусоїдальних стрічок, що склеюються в місцях зіткнення. Кожна стрічка складається з безлічі інших, що представляють собою шари односпрямованих пасом. Міцність-заповнювач на 40% вище міцності звичайних неметалічних стільникових заповнювачів [30].

Запропоновано тришарова конструкція, придатна для підлог, перегородок і стінок, що складається з двох алюмінієвих обшивок з заповнювачем зі спіненого полівінілхлориду, армованого скляним волокном [31]. Відомі стільникові заповнювачі, що мають у перетині форму шестикутників, склеєних карбамідо-формальдегідів смолами в місцях зіткнення. Їх отримують з скляних полотен, просочених сполучною на основі полівінілацетату [32].

Вивчено вплив компонентів різних клеїв на корозію алюмінієвих стільникових панелей і клейових з'єднань титанових стільникових конструкцій, що застосовуються при виготовленні вертольотів [33]. Описано склеювання стільникових конструкцій з пористих органічних або неорганічних матеріалів з різними обшивками за допомогою поліуретанових або епоксидних клеїв [34]. Створена універсальна машина, що поєднує всі операції виготовлення сот [35]. Описано заливальні склади на основі епоксидних смол для кріплення в тришарових панелях з стільниковим заповнювачем кріпильних деталей [36], а також процеси формування і склеювання титанових шаруватих конструкцій для надзвукових пасажирських літаків [37].