RU2678021C1 - Способ изготовления объемно армированного композиционного материала - Google Patents
Способ изготовления объемно армированного композиционного материала Download PDFInfo
- Publication number
- RU2678021C1 RU2678021C1 RU2017131891A RU2017131891A RU2678021C1 RU 2678021 C1 RU2678021 C1 RU 2678021C1 RU 2017131891 A RU2017131891 A RU 2017131891A RU 2017131891 A RU2017131891 A RU 2017131891A RU 2678021 C1 RU2678021 C1 RU 2678021C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rods
- carbon
- reinforced composite
- composite material
- matrix
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/06—Fibrous reinforcements only
- B29C70/10—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres
- B29C70/16—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length
- B29C70/24—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length oriented in at least three directions forming a three dimensional structure
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Woven Fabrics (AREA)
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу изготовления объемно армированного композиционного материала. Техническим результатом является повышение физико-механических свойств изделий и снижение трудоемкости их изготовления. Технический результат достигается способом изготовления объемно армированного композиционного материала, который включает изготовление армирующего каркаса в виде четырехнаправленной пространственной структуры из углеродных волокон и формирование матрицы. При этом армирующий каркас изготавливают путем установки вертикальных стержней, с шагом, равным шагу просветов в триаксеальной ткани. Стержни изготавливаются из углеродного волокна, пропитанного связующим. На стержни нанизывают триаксиальную ткань, сотканную из углеродных волокон, с образованием просветов с размером ячеек, равным сечению стержней. Матрицу формируют из углеродного, керамического или полимерного материала. 4 ил.
Description
Изобретение относится к области получения композиционных материалов, в частности углерод-углеродным, углерод-керамическим, угле-пластиковым композиционным материалам на основе многомерно-армированного углеволокнистого каркаса и углеродной, керамической или полимерной матрицы. Такие композиционные материалы могут быть использованы в авиационной, аэрокосмической, автомобильной, военной, медицинской, и других отраслях промышленности.
Известен способ получения углерод-углеродного композита, стойкого к окислению [1]. Сущность изобретения состоит в том, что изготавливают каркас путем набора стержней из углеродного волокна в пучок цилиндрической формы, армируют его углеродным волокном и осуществляют нагрев до 900-950°С прямым пропусканием электрического тока в среде природного газа с выдержкой при этой температуре не более 24 часов.
Недостатком данного способа является получение дорогостоящего, трудоемкого и энергоемкого материала с анизотропией свойств, который не рационально применять в конструкциях, не требующих высокой стойкости к окислению.
Известен способ [2] изготовления объемно армированного композиционного материала, включающий изготовление армирующего каркаса путем набора стержней из углеродного волокна, помещение армирующего каркаса в форму, пропитку его под давлением термореактивной смолой с известными требованиями, а затем полимеризацию смолы.
Недостаток данного способа - ограничение по технологиям получения матрицы, а также получение дорогостоящего, трудоемкого и энергоемкого материала с ограниченным применением.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ [3] изготовления объемно армированного композиционного материала углерод-углерод марки 4КМС-Л на основе стержневого каркаса (прототип). Каркас материала 4КМС-Л представляет собой объемную четырехнаправленную структуру, собранную из углепластиковых стержней на основе углеродного волокна и поливинилового спирта в виде гексагональной трансверсально-изотропной укладки. В данном случае термин «изотропная» характеризует только осесимметричность структуры каркаса, в которой стержни каждого из трех трансверсальных направлений расположены под одинаковым друг к другу углом 120. Структура получила название 4D-Л (см. Пространственно-армированные композиционные материалы: Справочник / Ю.М. Тарнопольский, И.Г. Жигун, В.А. Поляков - М: Машиностроение, 1987, с. 20-21).
Объемно армированный композиционный материал марки 4КМС-Л имеет длительный процесс сборки армирующего каркаса, обладает низкой трещиностойкостью матрицы и является дорогостоящим, трудоемким и энергоемким.
Предлагаемый способ по сравнению с известными позволяет в сравнительно простых технологических условиях (доступное оборудование, небольшая продолжительность процесса и другие) получать аналог материала 4КМС-Л сократив процесс изготовления и повысив свойства материала.
Техническим результатом является увеличение содержания армирующего волокна в материале, уменьшение пористости и повышение эксплуатационных характеристик материала.
Технический результат достигается тем, что в способе изготовления объемно армированного композиционного материала, включающем изготовление армирующего каркаса в виде четырехнаправленной пространственной структуры путем набора стержней на основе углеродного волокна и формирование матрицы, армирующий каркас изготавливают путем установки вертикальных стержней из пропитанного связующим углеродного волокна, на стержни нанизывают триаксиальную ткань, сотканную из углеродных волокон с образованием просветов с размером ячеек, равным размеру сечений стержней, при этом стержни устанавливают с шагом равным шагу просветов в триаксиальной ткани, а матрицу формируют из углеродного, керамического или полимерного материала.
Предлагаемое техническое решение поясняется графическими материалами,
где:
на фиг. 1 - Установленные вертикальные стержни
на фиг. 2 - Триаксиальная углеродная ткань
на фиг. 3 - Триаксиальная ткань надетая на круглые стержни
на фиг. 4 - Триаксиальная ткань надетая на шестигранные стержни
Степень наполнения материала волокном является основным показателем при определении свойств и эксплуатационных характеристик материала. Повышение степени наполнения материала волокном и равномерное распределение его в объеме материала повышает трещиностойкость материала.
Предельная степень наполнения волокном структуры 4Б-Л (прототип) - 0,589. Наполнение триаксиальной ткани углеродом 0,439 с образованием ячеек шестигранной формы. При нанизывании триаксиальной ткани на круглые стержни, расставленные в соответствии с шагом ячеек, удается повысить степень наполнения материала волокном до 0,605. Так как процесс нанизывания слоев ткани более производительный по сравнению со сборкой стержневых структур, снижается трудоемкость изготовления армирующих каркасов и материала в целом, повышаются эксплуатационные характеристики материала.
Стержни изготавливают методом пултрузии круглого сечения или шестигранной формы сечения из углеродного волокна пропитанного связующим. Диаметр стержня зависит от применяемого углеродного волокна и количества его сложений. Уменьшение диаметра применяемых стержней уменьшает зернистость структуры, но экспоненциально повышается трудоемкость изготовления армирующих каркасов.
Стержни вертикальные устанавливают в оснастку, которая задает их расположение (фиг. 1). Установка стержней может выполняться вручную или автоматизированным способом.
Триаксиальная ткань изготавливается переплетением углеродных волокон в трех направлениях под углом 120 градусов с образованием просветов в виде шестигранников (фиг. 2). Ширина жгутов формируется в процессе подачи материала в зону переплетения. Ширина жгутов должна быть равной половине диаметра стержня для образования ячеек, равных диаметру применяемых стержней. Изготовление триаксиальной ткани выполняется на автоматизированном оборудовании.
Триаксиальную ткань послойно автоматизированным методом одевают на вертикальные стержни. Приведен пример получаемой структуры в сечении плоскостью перпендикулярной вертикальным стержням при использовании стержней круглой формы (фиг. 3), и при использовании стержней шестигранной формы (фиг. 4).
Создание углеродной, керамической или полимерной матрицы производят по известным технологиям.
Для изготовления армирующего каркаса описанным способом была применена ткань триаксиальная базового полотняного переплетения из нити M46JB 223 ТЕХ. Количество нитей на 100 мм (плотность) - 35 шт. Соответственно, образованная ширина жгута 0,95 и образованная ячейка для стержней диаметром 1,9 мм. Поверхностная плотность - 253 г/м3. Толщина ткани 0,32 мм. Плотность армирующего каркаса при применении круглых стержней и указанной триаксиальной ткани 1090 кг/м3, степень наполнения материала волокном 0,605. Формирование матрицы из углеродного, керамического или полимерного материала выполняется по известным технологиям.
Источники информации
1. Патент РФ 2090497, оп. 20.09.1997 г. З. 95101863 от 20.02.1995 г.
2. Патент РФ 2568725, оп. 20.11.2015 г. З 2014124851 от 18.06.2014 г.
3. Композиционные материалы: справ. / В.В. Васильев, В.Д. Протасов, В.В. Болотин и др.; под общ. ред. В.В. Васильева, Ю.М. Тарнопольского. - М.: Машиностроение, 1990. - 512 с.
Claims (1)
- Способ изготовления объемно армированного композиционного материала, включающий изготовление армирующего каркаса в виде четырехнаправленной пространственной структуры, собранной из стержней на основе углеродного волокна, и формирование матрицы, отличающийся тем, что армирующий каркас изготавливают путем установки вертикальных стержней из пропитанного связующим углеродного волокна и нанизывания на вертикальные стрежни триаксиальной ткани, сотканной из углеродных волокон с образованием просветов с размером ячейки, равным размеру сечения стержней, при этом стержни устанавливают с шагом, равным шагу просветов в триаксиальной ткани, а матрицу формируют из углеродного, керамического или полимерного материала.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017131891A RU2678021C1 (ru) | 2017-09-11 | 2017-09-11 | Способ изготовления объемно армированного композиционного материала |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017131891A RU2678021C1 (ru) | 2017-09-11 | 2017-09-11 | Способ изготовления объемно армированного композиционного материала |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2678021C1 true RU2678021C1 (ru) | 2019-01-22 |
Family
ID=65085039
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017131891A RU2678021C1 (ru) | 2017-09-11 | 2017-09-11 | Способ изготовления объемно армированного композиционного материала |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2678021C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2770083C1 (ru) * | 2020-10-28 | 2022-04-14 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" | Способ формирования 4D каркаса многомерно армированного углеродного композиционного материала и устройство для его осуществления |
| RU2778523C2 (ru) * | 2020-11-30 | 2022-08-22 | Акционерное общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" | Объёмно-армированный композиционный материал и способ его получения |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4137354A (en) * | 1977-03-07 | 1979-01-30 | Mcdonnell Douglas Corporation | Ribbed composite structure and process and apparatus for producing the same |
| US4997501A (en) * | 1986-12-22 | 1991-03-05 | General Electric Company | Material for four directional reinforcement of conical shaped object, method for fabricating same and object formed therewith |
| RU2379185C1 (ru) * | 2005-11-23 | 2010-01-20 | Мессье-Довти Са | Способ изготовления тяги из композитного материала |
| RU2419543C2 (ru) * | 2005-07-27 | 2011-05-27 | Эвоник Рем ГмбХ | Способ армирования материала основы для композитных конструкций |
| RU2447993C2 (ru) * | 2006-11-30 | 2012-04-20 | Эйрбас Оперейшнз Гмбх | Структура сердечника и способ изготовления структуры сердечника |
-
2017
- 2017-09-11 RU RU2017131891A patent/RU2678021C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4137354A (en) * | 1977-03-07 | 1979-01-30 | Mcdonnell Douglas Corporation | Ribbed composite structure and process and apparatus for producing the same |
| US4997501A (en) * | 1986-12-22 | 1991-03-05 | General Electric Company | Material for four directional reinforcement of conical shaped object, method for fabricating same and object formed therewith |
| RU2419543C2 (ru) * | 2005-07-27 | 2011-05-27 | Эвоник Рем ГмбХ | Способ армирования материала основы для композитных конструкций |
| RU2379185C1 (ru) * | 2005-11-23 | 2010-01-20 | Мессье-Довти Са | Способ изготовления тяги из композитного материала |
| RU2447993C2 (ru) * | 2006-11-30 | 2012-04-20 | Эйрбас Оперейшнз Гмбх | Структура сердечника и способ изготовления структуры сердечника |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2770083C1 (ru) * | 2020-10-28 | 2022-04-14 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" | Способ формирования 4D каркаса многомерно армированного углеродного композиционного материала и устройство для его осуществления |
| RU2778523C2 (ru) * | 2020-11-30 | 2022-08-22 | Акционерное общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" | Объёмно-армированный композиционный материал и способ его получения |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4257835A (en) | Method of manufacture of material reinforced with a three-dimensional textile structure | |
| EP2549004B1 (en) | Three-dimensional weave-molding method for composite material | |
| Yi et al. | Three dimensional printing of carbon/carbon composites by selective laser sintering | |
| WO2016031005A1 (ja) | 一方向性の連続繊維と熱可塑性樹脂とを含む複合材料 | |
| RU2678021C1 (ru) | Способ изготовления объемно армированного композиционного материала | |
| CN104903104A (zh) | 连续碳纤维增强热塑性预浸料的制造方法 | |
| US10400367B2 (en) | Part made from oxide/oxide composite material for 3-D reinforcing and method for manufacture of same | |
| RU2017131528A (ru) | Армирующая волокнистая структура для деталей из композиционного материала с большим диапазоном толщины | |
| Naik et al. | An analytical method for thermoelastic analysis of 3D orthogonal interlock woven composites | |
| Bannister et al. | The manufacture of glass/epoxy composites with multilayer woven architectures | |
| CN101526722A (zh) | 一种用于摄影/摄像的复合脚管及其制作方法 | |
| CN108582910A (zh) | 一种碳纤维高温预浸料及其层压板 | |
| Asi | Effect of different woven linear densities on the bearing strength behaviour of glass fiber reinforced epoxy composites pinned joints | |
| Huang et al. | Investigating the tensile properties of 3D printed semi-woven intraply hybrid composites reinforced with carbon/glass continuous fibres | |
| US3607511A (en) | Composite reinforced plastic pipe | |
| Mishra | Drape behavior of 3D woven glass‐epoxy composites | |
| US4546032A (en) | Fiber reinforced carbon/carbon composite structure with tailored directional shear strength properties | |
| US4221622A (en) | Method of obtaining fibre substrates intended for the production of composite bodies | |
| KR20130131936A (ko) | 내진보강용 등방성 하이브리드 내진 보강 섬유강화플라스틱의 제조방법 | |
| KR20170135399A (ko) | 3차원 구조의 탄소섬유 직물 제조 | |
| Stig | An introduction to the mechanics of 3D-woven fibre reinforced composites | |
| JPH01211887A (ja) | 炭素繊維／炭素コンポジット製面発熱体 | |
| JP2008044201A (ja) | 炭素繊維シート及びその製造方法 | |
| KR20200087404A (ko) | 꼬인 탄소섬유를 심재로 하는 섬유강화복합재(frp) 패널 및 그 제조방법 | |
| JP2018032465A (ja) | 多孔質炭素電極基材、及びそれを用いたガス拡散層 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190912 |