способ изготовления полых изделий сложной формы из композиционных материалов с металлическим покрытием внутренней поверхности

Формула изобретения

1. Способ изготовления полых изделий сложной формы из композиционных материалов с металлизированной внутренней поверхностью, включающий сборку пакета путем намотки слоев армирующего материала, пропитанных термоактивным связующим, на оправку, выполненную из материала, имеющего температуру плавления выше температуры отверждения связующего, но ниже температуры термостойкости композиционного материала, металлизацию, формирование отверждением связующего и удаление оправки, отличающийся тем, что металлизацию внутренней поверхности изделия производят путем нанесения металлического покрытия на оправку с последующими намоткой пакета на напыленную поверхность, отверждением связующего и выплавлением оправки из внутренней полости изделия.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на поверхность плавкой оправки наносят слой металла методом электродугового напыления на воздухе.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что на поверхность плавкой оправки наносят слой металла методом химико-гальванической металлизации.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области радиопромышленности и авиакосмической техники, в частности к производству трубчатых элементов сложной формы с металлизированным покрытием внутренней поверхности, и может быть использовано при разработке и изготовлении слоистых изделий из композиционных материалов, например, волноводов.

Известен способ нанесения покрытия на внутреннюю поверхность трубы, заключающийся в том, что внутри трубы, установленной в вакуумной камере, натягивают проволоку и нагревают, пропуская через нее электрический ток, до температуры испарения, в результате чего на внутренней поверхности трубы осаждается металл, из которого состоит указанная проволока [1].

Существенными недостатками данного способа являются низкая адгезия напыляемого металла и то, что данный способ не гарантирует исключения деформации и приваривания проволоки к внутренней поверхности трубы. Габариты изделия ограничены габаритами вакуумной камеры, установки для нанесения покрытия.

Кроме того, при изготовлении изделий сложной конфигурации, не позволяющей протянуть металлическую проволоку внутри изделия, не касаясь его стенок, применение данного способа невозможно.

Также данный способ подразумевает два этапа изготовления: формование трубы и последующее напыление на ее внутреннюю поверхность покрытия, что увеличивает длительность технологического процесса и требует наличия дополнительного спецоборудования (вакуумной камеры, электрической установки с электродами), что значительно повышает себестоимость изделия.

Наиболее близким к заявленному способу по технической сущности является способ изготовления полых слоистых изделий различной конфигурации методом намотки, заключающийся в том, что на оправку, выполненную из легкоплавкого материала, наматывают препрег, нагревают, осуществляя отверждение, и расплавляют оправку с целью ее удаления из изделия [2].

Данный способ позволяет производить изготовление изделий сложных геометрических форм и упростить технологию изготовления изделий за счет упрощения операции съема изделия с оправки, исключить применение специального оборудования при съеме изделия, что сокращает время изготовления полых изделий из слоистого пластика и, следовательно, снижает производственные расходы.

Однако данный способ не предусматривает изготовления трубчатых элементов с металлическим покрытием внутренней поверхности.

Задача предлагаемого изобретения - изготовление полых изделий сложных геометрических форм из КМ с металлическим покрытием внутренней поверхности, например, волноводов, увеличение адгезионной прочности покрытия, упрощение технологического процесса изготовления и контроля качества изделия, уменьшение себестоимости изделия.

Указанная цель достигается тем, что в способе изготовления полых изделий из композиционных материалов, включающем сборку пакета путем намотки на оправку слоев армирующего материала, пропитанного термореактивным связующим, отверждение связующего и металлизацию, металлизация проводится путем напыления в воздушной среде электродуговым методом на оправку из легкоплавкого металла с последующей намоткой пакета на металлизированную поверхность, отверждением связующего и выплавлением оправки из полости изделия.

При изготовлении изделий, имеющих очень сложную форму внутренней поверхности, затрудняющую равномерное нанесение покрытия методом электродугового напыления из-за имеющихся поднутрений и сложных переходов поверхностей, нанесение покрытия на оправку производят методом химико-гальванической металлизации.

Данный метод, хотя и имеет большую трудоемкость, себестоимость и меньшую адгезионную прочность покрытия по сравнению с вышеописанным, позволяет получать равномерное металлизированное покрытие на внутренних поверхностях изделий любой сложности формы и превосходит данные показатели известных способов.

Оправка выполняется из материала, имеющего температуру плавления выше температуры отверждения связующего, но ниже температуры стойкости композиционного материала.

Новыми существенными признаками заявляемого способа является принцип изготовления полых изделий из КМ сложной геометрической формы с металлическим покрытием внутренней поверхности за один цикл.

Доказательством возможности получения положительного эффекта является экспериментальное изготовление опытных образцов изделий из композиционных материалов с металлизированным покрытием внутренней поверхности и сопоставление их с прототипом.

Описание технологии изготовления образца, значение отдельных параметров будут приведены ниже. Здесь лишь отметим, что изготовление образцов заявляемым способом в сравнении с прототипом отличается технологической простотой, операции производства более рентабельны и могут быть автоматизированы для серийного и массового производства. Кроме того, этот способ позволяет получать образцы любых габаритов и конфигурации с повышенной адгезионной прочностью покрытия.

Пример. Изготовление из углепластика изделия типа «Волновод криволинейной формы круглого сечения с металлическим покрытием внутренней поверхности» заявляемым способом.

Сборку пакета осуществляют путем намотки пропитанного связующим армирующего материала на металлизированный слой, нанесенный на предварительно отполированную оправку.

В качестве армирующего материала применена углеродная лента ЛУ-П/0,2 ГОСТ 28006-88, стеклоткань Э2-62 ГОСТ 19907-83 (1-й слой на металлизированное покрытие).

Применяемое связующее - 5-211-Б, объемная доля которого в препреге (36÷42)%.

Изготовление изделия осуществляется в следующей последовательности (этапы изготовления представлены на чертеже).

На предварительно отполированную поверхность оправки (1), изготовленной из легкоплавкого сплава МСР 137, с температурой плавления 137°С, равномерно наносят слой металла (2) толщиной 0,08÷0,09 мм, например алюминия. Слои металла наносят при помощи установки электродугового напыления (3) ARC SPRAY 8830 в воздухе.

Далее на металлизированной поверхности оправки собирают пакет (4), состоящий из препрега ткани Э2-62 (первый слой) и слоев препрега углеленты, стянутых между собой через определенное количество слоев стеклонитью, собранных по схеме армирования: 5 слоев углеленты 0°, слой стеклонити 90°. После сборки пакет стягивается стеклонитью под определенным натяжением, тем самым создавая давление при формовании.

Далее осуществляется формование изделия в термошкафе (печи полимеризации) при температуре (+125±5)°С в течение 4-х часов. Затем изделие нагревают до 137°С, не вынимая из термошкафа (печи полимеризации), для выплавления оправки из изделия. После чего изделие охлаждают.

Изготовленное заявленным способом изделие характеризуется следующими показателями:

- адгезионная прочность покрытия не менее 90 МПа;

- геометрическая форма внутренней поверхности изделия полностью повторяет форму оправки.

Изделие, изготовленное заявленным способом, не требует дополнительной механической обработки металлизированной поверхности, так как она является слепком с отполированной поверхности оправки. Адгезнонная прочность покрытия значительно выше известных способов, так как нанесенный на оправку металл имеет однородную развитую шероховатую структуру поверхности, обращенной к слоям пропитанного связующим армирующего материала, укладываемого на напыленную поверхность оправки.

Предлагаемый в заявке способ экономичнее по сравнению с известным, так как одна из самых сложных операций - металлизация внутренней поверхности изделия сложной геометрической формы - значительно упрощена и не требует применения специального дорогостоящего оборудования, а изготовление изделия (формование, нанесение покрытия и удаление оправки) производится за один цикл. Материал оправки, выплавляемый из полости изделия, используется для отливки новых оправок.

Применение предлагаемого способа позволяет производить контроль качества покрытия (сплошность, разнотолщинность, отсутствие включений и т.д.) и выявлять дефекты на начальной стадии изготовления изделий - стадии нанесения покрытия на оправку в отличие от известного способа, где контроль качества покрытия возможен только на готовом изделии, и в случае несоответствия покрытия предъявляемым к нему требованиям бракуется все изделие. Кроме того, контроль покрытия внутренней поверхности изделия сложной формы достаточно сложен и требует применения специального оборудования, оснастки и инструмента в отличие от предлагаемого способа изготовления изделий, где процесс контроля значительно упрощен, т.к. контролируемое покрытие легко доступно. Данные преимущества особо ощутимы при изготовлении изделий с повышенными требованиями к покрытию, например волноводов.

Себестоимость изделий, изготовленных указанным способом, ниже известных, а габариты и конфигурация изделий при напылении и сборке определяются только габаритами и конфигурацией оправки, и при этом по сравнению с известными способами технология изготовления таких изделий проще.

Источники информации

1. Патент JP 5842267, С 23 С 13/02 19.09.1983 - аналог.

2. Калинчев В.А., Макаров М.С. Намотанные стеклопластики. - М.: Химия, 1986, стр.178-187 - прототип.

3. Определение соответствия технических решений критерию «существенные отличия» - Вопросы изобретательства, 1984 г., №4.

4. Патентный закон Российской Федерации, 1992 г., №3517-1.