Способ формования удлиненных композитных структур из армированной волокнами полимерной матрицы

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК щ .Я 3. 838118 0 9/00 УДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОМСТВО СССРТАТЕНТ СССР) ВЕ (ГО.) 3 Е,И.Дюпон Де Немур знд Компани (ОСтивен Джей Медвин (ОЯ)Патент США ч. 4361527, кл. В 29 О 7/2 е: в процессах формоваоставных структур полармированной хаотично нами, ориентиоованнынепоперечном направлеьно продольной оси ор я способа формомерной матрицей, , при сохранении атериале относи- ение продукта. Изобретение касает я материалов с поли рованной волокнам нтации волокон в но друг друга и полу Целью настоящего и овышение прочност а ори тел эобретения являет- и структуры издеблегчает форх матриц, арпрямой исхспособ управтруктуре безктуры вручнугается тем,иненных ком ий способ о полимерны окнами, из печивает олокон в ладки стру ель дости мования удлмова- мироодной ления необю. Почто в позитструк ых в ы и нтаци мости денна обе ф ес йв о укя ц хо ста спо(21) (22) (46) (31) (33) (71) (72) (56) 30. (54) НЫ НО 1,82,СПОСОБ ФОКО М П 03 ИТОВАННОЙ ВМАТРИЦЫИспользованиудлиненных срной матрицы,анными волокпоперечном их относител МОВАНИЯ УДЛИНЕНЪХ СТРУКТУР ИЗ АРЛОКНАМИ ПОЛИМЕР 51)5 В 29 С 43/14, В структуры. Сущность изобретения: заключается в том, что в способе формования, при котором компоэитную прямолинейную структуру вытягивают по заданному пути, осуществляют определение пути как множества соединяющихся композитных отрезков, вытягивают заготовку путем приложения к каждому из ее концов вдоль ее продольной оси растягивающего усилия с формованием сначала, по меньщей мере, одного компонентного отрезка по заданному пути и его нагревом, а затем с последовательным формованием остальных компонентных отрезков заготовки и их нагревом, причем во время формования каждого последующего компонентного отрезка отформованные ранее.отрезки удерживают на месте, а готовую структуру охлаждают. 6 з.п,ф-ль 1, 26 ил. ных структур из армированнои волокнами полимерной матрицы путем нагрева и вытягивания по заданному пути прямолинейной заготовки процесс осуществляется в следующей последовательности;определение пути как множества соединяющихся компонентных отрезков, вытягивание заготовки путем приложения к каждому иэ ее концов вдоль ее продольной оси растягивающего усилия с формованием сначала, по меньшей мере, одного компонентного отрезка по заданному пути и его нагревом, а затем с последовательным формованием остальных компонентных отрезков заготовки и их нагревом. причем во время формования каждого последующего компонентного отрезка отфоомованные ра1838118 Я Ю Я Ю 77 ,ф АУСоставитель Н,РудькоТехред М.Моргентал Корректор Л.Филь ак каз 2891 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 ательский комбинат "Патент", г. Ужнее отрезки удерживают на месте, а готовую структуру охлаждают.Когда заданный путь включает в себя один или больше криволинейных участков, хаждый участок определяется как множества отрезков компонентов, рассматриваемые как зависимые переменные:31 Х, У и независимые переменные: 1, й, О, О,где:- х, У являются координатами точек, которые образуют путь траектории кулачка устройства для формования формуемой структуры,- является длиной несформованного материала;- 3 является длиной промежуточной дуги одной из секций компонентов;- К является радиусом кривизны дуги Я.- О является расстоянием смещения координат х, у от линии касательной к дуге Я в ее концевой точке Т,- 6 является угловым местоположением координаты тангенциальной точки Т,а) выражая х и у как функцию независимых переменных Е, й, О и О, так что когда Я = Я 90 - ф тогдаХ = й соз О+ ( - Я) Рп О+ ОСОЯ О У = Р зи О-(Е - 3) сов О+ О япО, б) получаем Х и У, ис) производится формование названного состава из прямолинейных отрезков волокон материала армированной полимерной матрицы путем растягивания названного прямолинейного отрезка в направлении пути, определяемом названными координа- тами Хи У,Предпочтительно волокна хаотично рвутся и ориентируются в поперечном и не- поперечном направлениях относительно продольной аси структуры. Стадия удерживания (Ь) сохраняет ориентацию волокон отнасительна друг друга в пределах примерно + 5 градусов их ориентации относительно продольной аси фармуемой структуры,В предпочтительном варианте реализации формы заключаются в тонкую алюминиевую обшивку, предпочтительно толщиной в диапазоне от 1/32 до 1/8 дюйма в зависимости от размера и геометрии формуемой детали. Цель алюминиевой обшивки, охватывающей составной или композиционный материал, состоит в сохранении целостности размягченного термопластичного материала во время формования. Другие материалы могут использоваться, когда условия процесса, такие как время, температура или давление их требуют, После формования детали (части), алюминий или другой материал удаляется,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Продукт (иэделие) определяют как удлиненная составная структура, сформованная по заданному пути, который (путь) имеет криволинейные участки, каждый из этих участков определяется радиусом кривизны относительно центра, и названная структура включает в себя: полимерную матрицу, армированную волокнами: названные волокна ориентированы относительно продольной оси структуры по существу в поперечном и непоперечном направлениях; волокна, ориентированные в непоперечных направлениях криволинейного участка, изогнуты относительно центра радиуса криволинейного участка, а волокна, ориентированные в поперечном направлении криволинейного участка, направлены к центру радиуса кривизны этого криволинейного участка.Продукт может включать в себя несколько форм разных поперечных сечений, которые могут быть классифицированы по числу слоистых поверхностей и соединений этих поверхностей, Например, секции , С, О, 2 или цилиндра может рассматриваться как имеющая две слоистые поверхности без соединений, тогда как Т или 3, секции могут рассматриваться как имеющие три слоистые поверхности с одним соединением, Секция 5 или Н имеет четыре слоистых поверхности с двумя соединениями.Для формования определенных поперечных сечений внутренний участок формы поперечного сечения должен поддерживаться формующимся элементом, который должен быть гибким в продольном направлении или направлении фармования, но оставаться жестким в опорных направлениях, которые по существу перпендикулярны к продольному направлению и могут выдерживать условия процесса. В предпочитаемом варианте реализации этим формующимся элементом является набор стальных полос.На фиг. 1 показан схематичный вид устройства, полезного для формавания армированного волокнами полимерного материала согласно изобретению; на фиг. 2 - схематичное изображение формата вычисления пути траектории кулачка устройства, показанного на фиг. 1; на фиг. 9-10 - схематичные иллюстрации стадий работы устройства на фиг. 1 при фармовании структуры согласно изобретению; на фиг. 11 - вид в перспективе частично с вырывом для показа индивидуальных сгибов прямой исходной структуры перед формованием; на фиг. 12-.15 - схематичные виды в плане индивидуальных сгибов на фиг, 11, показывающие ориентирование волокон; на фиг.16 - вид ви рспективе частично с вырывом для показ индивидуальных сгибов формуемой ст уктуры, выполненной согласно изобрете ию на фиг. 17 - 20 - схематичная иллюстр ция ориентирования волокон в разных 5 сг бах формуемого изделия на фиг. 16; на ф г. 21 - 26 - виды поперечных сечений в ув личенном масштабе по линии А -на фиг, 1, представляющие формование соответстве но частей в поперечном сечении Т, Н, С, 10 Е ли О, а также полых сформованных часте; на фиг. 23 - вид в плане в увеличенном м сштабе с вырывом, соответствующий ф г. 22, предназначенный показать структуру используемого опорного элемента. 15Настоящий способ облегчает формование структур полимерных матриц, армирова ных волокнами, и обеспечивает способ уп авления ориентацией волокон в структуре беэ необходимости укладки структуры 20 вр чную,Способ осуществляют следующим обра ом,Исходный отрезок зажимают каждым св им концом в зажимах и помещают между 25 уд рживающими инструментами и базовым ин трументом, Фиксированный формовочныинструмент со средством для нагревани имеет поверхность, определяемую за анным направлением пути, по которому 30 ар ированная волокном структура должна фо моваться. В процессе формования осуществляют растягивание структуры на каждо ее конце в последовательные ко понентные орезки заданного направ ления пути приложением усилия к каждому ко цу структуры вдоль ее продольной оси в ст рону от концов, при этом удерживают, ка дый формуемый компонентный отрезок ст уктуры на своем месте относительно 40 фо мовочного инструмента и охлаждают гото ую структуоу.Настоящий способ является экономичны и способствует получению изделия высо ого качества. 45 Формула изобретения 1, Способ формования удлиненных компо итных структур из армированной волокна и полимерной матрицы путем нагрева и вы ягивания по заданному пути прямоли-. 50 не ной заготовки, причем композитная стр ктура имеет продольную ось, о т л и ч аю и й с я тем, что, с целью повышения пр чности структуры, осуществляют опреде ение пути как множества соединяю щихся компонентных отрезков, вытягивают заготовку путем приложения к каждому из ее концов вдоль ее продольной оси растягивающего усилия с формованием сначала, по меньшей мере, одного компонентного отрезка по заданному пути и его нагревом, а затем с последовательным формованием остальных компонентных отрезков заготовки и их нагревом, причем во время формования каждого последующего компонентного отрезка отформованные ранее отрезки удерживают на месте, а готовую структуру охлаждают,2. Способ по п,1, отл и ч а ю щи й с я тем, что заданный путь является криволинейным,3, Способ по и. 2, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что компонентные отрезки выражают с координатами Х, У в функции независимых перемененных:Х=Ясоз О+ 0-Я) Йпд+О созО У = Й зи О -- Я) СсбО+ 0 ЗЯО, при условии Я = й (90 - О), где Х, У - координаты точек, которые образуют путь кулачкового направляющего устройства для формования фасонной структуры;- длина прямолинейной несформировавшейся заготовки;Я - длина промежуточной дуги в градусах одного из компонентных отрезков;В - радиус кривизны Я;О - расстояние смещения координат Х, У от линии в ее конечной точке Т;О - угол расположения координат тангенциальной точки Т,4, Способпоп. З,отличающийся тем, что прямолинейная заготовка имеет от двух до четырех слоистых элементов и до двух соединений их.5. Способ по и, 1, отл и ч а ю щи йс я ткем, что волокна заготовки хаотично порваны в поперечном или неопределенном направлениях относительно продольной оси структуры,6, Способпоп,1,отличающийся тем, что волокна порваны произвольно и имеют относительную ориентацию в поперечном и ином направлениях по отношению к продольной оси структуры.7. Способ по и, 5, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что на этапе удерживания отрезков заготовки поддерживают относительную ориентацию волокна в процессе формования.