Термины и определения

1 2 3 4 5 6 7

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №1

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ИЗДЕЛИЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

ПКМ – полимерный композиционный материал

ТУ – технические условия

КД – конструкторская документация

ТД – технологическая документация

ТП – технологический процесс

ВФ – вакуумное формование

ВП – вакуумный пакет

ЛА – летательный аппарат

ПКФ – пневмокомпрессионное формование

ТКФ – термокомпрессионное формование

ТО –термообработка

ТИ – технологическая инструкция

ИК – интегральная конструкция

СОЖ – смазывающая и охлаждающая жидкость

ПДК – предельно-допустимая концентрация

СОДЕРЖАНИЕ

1. Термины и определения……………………………………………………………..

2. Область применения …………………………………………………………… ……

3. Общие положения…………………………………………………………………….

4. Классификация конструкций, процессов изготовления и технологической оснастки………………………………………………………………………………. ………

5. Входной контроль исходных материалов……………………………………………

6. Требования и подготовка технологической оснастки………………………...........

6.1 Требования к формозадающей технологической оснастке ………………..

6.2 Подготовка рабочей поверхности технологической оснастки……………..

6.3 Нанесение защитно-декоративного покрытия на рабочую поверхность формозадающей технологической оснастки…………………………………………..

6. Хранение компонентов и приготовление связующих ………………………………….

7. Получение препрега методом ручной пропитки………………………………………..

8. Изготовление монолитных деталей и интегральных конструкций из препрега………

8.1Формирование пакета препрега методом ручной выкладки ………… ………..

8.2Предварительная обрезка припуска……………………………………………….

9. Механообработка деталей из ПКМ и устранение мелких дефектов и повреждений……

10.Покраска изделий из ПКМ………………………………………………………………….

10.1 Подготовка изделий под покраску…………………………………………………

10.2 Нанесение ЛКП………………………………………………………………………

10.3 Термообработка (сушка) изделий после нанесения ЛКП………………………..

11.Контроль качества изготавливаемых изделий…………………………………………….

12. Охрана труда и промышленная санитария при работе со связующим, препрегами и механообработке деталей из ПКМ ……………………………………………………………….

13. Нормативные ссылки…………………………………………………………….…………

ПРИЛОЖЕНИЯ:

1. Перечень нормативной документации на применяемые связующие:

2. Типовой перечень основных и вспомогательных материалов при изготовлении деталей из ПКМ (обязательное).

3. Типовой перечень оборудования, специального и измерительного инструмента используемого при изготовлении деталей, панелей, сборке узлов и агрегатов из ПКМ (обязательное).

4. Рекомендации по выбору связующих и способов пропитки и формования при изготовлении деталей из ПКМ (рекомендательное для конструкторов-разработчиков).

5. Типовые конструкции и способы изготовления деталей узлов и агрегатов из ПКМ (рекомендательное для конструкторов-разработчиков).

ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Время гелеобразования – время, с момента смешивания компонентов связующего до начала процесса перехода в желеобразное состояние (потеря способности растекаться), сильно зависит от температуры в рабочем помещении или термообработки.Процесс гелеобразования - температурно-временная зависимость, одна из определяющих технологических характеристик термореактивных связующих и клеевых композиций.

Объемное содержание связующего – содержание отвержденного связующего в структуре композиционного материала.

Пористость - относительное объемное содержание пустот, пор и газовых включений в структуре композиционного материала.

Препрег – полуфабрикат, любая текстильная форма армирующего материала, предварительно пропитанная не отвержденным связующим, имеет ограниченный срок хранения (жизнеспособность), зависящий от температуры в рабочем помещении или в месте хранения. «быстрый препрег» - препрег на основе связующих «холодного» отверждения, время жизнеспособности определяется с момента смешивания компонентов связующего до начала активного процесса гелеобразования (для связующих «холодного» отверждения – см. табл….).

Технологическая жизнеспособность препрега (клеевой композиции, приготовленного лакокрасочного состава) – временная способность полуфабриката производить с ним все операции по формированию пакета армирующего материала (для препрегов), нанесению клея и сборке конструкции (для клеевых композиций) и нанесению на поверхность (для лакокрасочных составов). Жизнеспособность ограничена временем, в течении которого, реакционная способность связующего позволяет получить заданные характеристики ПКМ, клеевого соединения или полимерной пленки (после полного отверждения). Зависит от температуры в помещении, где производятся работы. Время жизнеспособности при заданной температуре, определяемое с момента приготовления полуфабриката всегда меньше чем время гелеобразования. Для увеличения времени жизнеспособности препрега на «горячих» связующих и для клеевых пленок, приготовленные полуфабрикаты хранят при пониженной температуре (в холодильнике или морозильной камере).Жизнеспособность препрегов на «холодных» связующих составляет

Схема армирования – оптимально подобранное сочетание направлений ориентации армирующих волокон относительно заданной системы координат и их относительного содержания в общем объёме материала в каждом сечении изделия. Определяется и задается Разработчиком для конкретной детали или узла.

Пакет армирующего материала – чередование полотен армирующего материала различных текстильных форм, собранныхв определенной последовательности, в соответствии с заданной схемой армирования. Может собираться как из «сухих» армирующих материалов, так и из препрегов. В КД описывается и изображается в виде схемы укладки.

Преформа – полностью сформированный каркас детали, панели или интегральной конструкции, состоящий из армирующих лент, полотен, жгутов, сэндвич- заполнителей и закладных деталей, укладываемый или собираемый в технологической оснастке (в матрице или на оправке) до пропитки связующим.

Нанос связующего – количество связующего, равномерно наносимое на заданную площадь полотна армирующего материала при получении препрега, (г/м²).

Температура стеклования – температура перехода аморфного полимера (отвержденного связующего или пенопласта) из стеклообразного (твердого, хрупкого) состояния в вязкотекучее или высокоэластичное. Для термореактивных полимеров характеризуется резким изменением характера зависимости модуля упругости и тангенса механических потерь от температуры.

Дегазация связующего –процесс удаления пузырьков воздуха и других газовых включений в приготовленном связующем или его компонентах методом вакуумирования. При предварительной дегазации отдельных компонентов связующего, смешивание рекомендуется производить в вакуумной камере. Нижний порог вакуумирования при дегазации определяется точкой кипения связующего или его компонентов при заданной температуре.

Экзотермический пик – максимальная температура саморазогрева определенного количества приготовленного связующего, помещенного в компактную тару, при данной температуре окружающей среды, вызванного процессом протекания экзотермической реакции полимеризации (для всех связующих «холодного» отверждения) и отсутствием достаточной площади теплообмена между объемом связующего и окружающей средой.

«Эффект экзотермы» - проявляется и при отверждении связующего в процессе формования детали при динамичном нагреве в виде увеличения скорости подъема температуры детали без изменения режима нагрева от внешнего источника (нагревателей в оснастке или печи).

Ручная пропитка препрега – метод получения препрега в небольших количествах (на одну или несколько деталей). Осуществляется равномерным распределением расчетного количества приготовленного связующего на заданную площадь полотна армирующего материала, разложенного на рабочем столе. Ручная пропитка производится при помощи плоского шпателя, кисти или валика. Основные параметры ручной пропитки препрега: нанос связующего, динамическая вязкость связующего, температура рабочей поверхности стола при пропитке, усилие отжима связующего при распределении по поверхности полотна армирующего материала.

Раскрой армирующего материала –предварительные операции подготовки армирующего материала («сухого» или препрега) к выкладке, заключается отрезке от рулона каждого одиночного полотна требуемых размеров в плане: ручной – по разметке или по криволинейным шаблонам или автоматизированный на плоттерах для раскроя по программе. Производится согласно схеме раскроя, указанной в ТД, в случае ручного раскроя на детали составляются карты раскроя (могут составляться и для автоматизированного раскроя для проведения операции контроля ).

Ручная выкладка –последовательной формированиепакета армирующего материала детали из предварительно раскроенных полотен армирующего материала на поверхности технологической оснастки в соответствии с заданной схемой укладки. Ориентация и укладка полотен армирующего материала производится вручную, с использованием заранее нанесенной разметке на оснастку или при помощи лазерного проектора, после осуществляется ручная прикатка каждого полотна с помощью профилированных роликов или гибких шпателей. Тщательная прикатка позволяет минимизировать остаточные воздушные включения после формирования пакета армирующего материала из препрега. При ручной выкладке пакетов из «сухих» армирующих материалов для фиксации полотен могут использоваться специальные спрей-клеи, прошивка полотен нитью или использоваться полотна армирующего материала с заранее нанесенным «биндером» (частью «будущего» связующего), прикатка таких полотен осуществляется с местным нагревом.

Липучесть препрега – субъективная технологическая характеристика препрега, определяющая возможность фиксации полотна препрега на вертикальной стенке (или с отрицательным углом наклона поверхности) за счет сил прилипания препрега к поверхности оснастки или к самому себе. Для различных типов связующих липучесть по разному зависит от температуры поверхности, на которую производится выкладка.

Единое операционное время (для связующих и клеев «холодного» отверждения)– время, за которое необходимо произвести все операции приготовления связующего, пропитки препрега, раскроя, выкладки, установке ВП или сборке пресс-формы, а также процессов вакуумной или инжекционной пропитки до начала процесса формования детали.Для клеев – время с момента смешивания компонентов клея до сборки деталей в приспособлении. Должно быть не больше времени технологической жизнеспособности связующего или клея.

Формующее давление – степень обжатия (опрессовки) пакета армирующего материала в процессе формования, равномерность распределения которого зависит от способа его создания и средств его передачи на поверхность детали. Один из ключевых параметров процесса формования.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

1.1Производственная инструкция «Изготовление изделий из полимерных композиционных материалов на основе связующих холодного отверждения» (далее по тексту ПИ)является руководящим материалом для разработки технологических процессов, составления рабочей конструкторской и технологической документации конструкторскими, технологическими и производственными подразделениями опытных и серийных предприятий, а также служит теоретической основой для разработки конструкторско-технологических решений в ОКБ.

1.2 Данная ПИ распространяется на процессы изготовления изделий из ПКМ любой сложности, на основе связующих «холодного» отверждения, работающих в нормальных климатических условиях. Диапазоны рабочих температур, относительная влажность воздуха и атмосферное давление эксплуатации изделий, изготовленных с использованием связующих «холодного» отверждения представлены в таблице 1.1. В графе ограничения указаны условия эксплуатации, при которых применение данных связующих нецелесообразно.

Таблица 1.1

марка связующего	нормативный документ	диапазон рабочих температур (⁰С)	отн. влажность воздуха (%)	минималь. атмосфер.давление (мм.рт.ст.)	ограничения
ЭПС-и-108	ТУ 2225-047-17411121-2011	-60…+85	100	150	высокая влажность при температуре более +85⁰С
Э-5	ТУ 2257-370-18826195-99	-60…+60			высокая влажность при температуре более +60⁰С
Э-5	ТУ 2294-045-18826195-99

1.3 Инструкция разработана на основе нормативной государственной и отраслевой документации, технической документации Производителей и Поставщиков компонентов и полуфабрикатов, а также на основе опыта проектирования и изготовления деталей, узлов и агрегатов из ПКМ для авиационной техники.

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

2.1 Данная инструкция является основой для формирования рабочих технологических процессов изготовления деталей, узлов и агрегатов из волокнистых армированных пластиков на основе термореактивных связующих «холодного» отверждения, базовые конструкционные и технологические свойства которых приведены в соответствующих нормативных документах Производителей или Поставщиков. (приложение 1).

2.2 Представленные марки связующих и их компонентов, армирующих материалов и полуфабрикатов на данный момент серийно выпускаемые, объём и сроки поставки определяются на основании договоров с Производителями и Поставщиками. Все вопросы по доработкам и модификациям материалов и компонентов решаются Разработчиками на основании отдельного Технического задания от Потребителя.

2.3 К основным параметрам структуры ПКМ, получаемого одновременно с геометрической формой изделия, независимо от его назначения и характеристик входящих компонентов относятся:

- объемное содержание компонентов, определяемое разработчиком конструкции на стадии проектирования. Представленные в ПИ способы изготовления изделий позволяют реализовать весь диапазон рациональных соотношений «волокно-матрица» в структуре ПКМ с различными типами армирующих волокон. В качестве иллюстрации на рис. 2.1 представлены зависимости изменения минимально реализуемого объемного содержания связующего от давления опрессовки пропитываемого пакета ровинговой стеклоткани полотняного переплетения;

- пористость, является следствием выделения летучих из связующего при отверждении, наличием остаточных воздушных включений после формирования пакета КМ из препрега, недостаточной глубиной вакуумирования при пропитке и формовании детали. При формовании сильно зависит от уровня давления. Отрицательно сказывается на деформационной теплостойкости материала, особенно во влагонасыщенном состоянии и является основной причиной микроразрушений в

ПКМ при переходе через точку образования льда. В качестве примера, на рис. 2.2 представлены экспериментальные данные остаточной пористости от уровня давления и наличия вакуумирования при формования при изготовлении монолитных деталей из ПКМ на основе связующего ЭПС-и-108. В ТИ инструкции приведены параметры ТП (в частности - инжекционная пропитка), позволяющие минимизировать пористость в получаемом материале, исключая причины её появления кроме фактора, связанного с химическим составом связующего.

- схема армирования (для слоистых пластиков – схема укладки), является основным инструментом обеспечения требуемых упруго-прочностных характеристик материала детали для расчетных случаев нагружения. Определяется при проектировании и расчетах на прочность и жесткость конструкции из ПКМ. В настоящей ПИ рассматривается только ограничения, связанные с точностью ее воспроизведения при формировании пакета КМ.

2.4 Приведенные в ПИ основные параметры процессов совмещения армирующих материалов и связующего и режимы процесса формования с использованием различных способов создания давления, а также требования к условиям хранения и приготовления связующего с учетом его реологических зависимостей являются оптимальными с точки зрения физико-механических свойств материала в готовых изделиях. Выполнение требований настоящей ПИ по параметрам и режимам ТП позволят максимально реализовать упруго-прочностные характеристики ПКМ на основе связующих «холодного» отверждения.