Особенности пропитки семипрегов в производстве авиационных конструкций

Авиационная и ракетно-космическая техника


Авторы

Федяев В. Л.1*, Халиулин В. И.2**, Сидоров И. Н.2***, Гимадиев Р. Ш.3****

1. Институт механики и машиностроения Федерального исследовательского центра «Казанский научный центр Российской академии наук», ул. Лобачевского, 2/31, Казань, 20111, Россия
2. Казанский национальный исследовательский технический университет имени А.Н. Туполева – КАИ, ул. Карла Маркса, 10, Казань, 420111, Россия
3. Казанский государственный энергетический университет, КГЭУ, ул. Красносельская, 51, Казань, 420066, Россия

*e-mail: vlfed2020@gmail.com
**e-mail: pla.kai@mail.ru
***e-mail: insidorov1955@mail.ru
****e-mail: gimadievr@mail.ru

Аннотация

Рассматривается процесс пропитки расплавом полимерного связующего тканого напол нителя пакета семипрегов при вакуумном формовании композитных изделий авиационной техники. Выделяются две стадии этого процесса: фильтрация и капиллярная пропитка. Осуществляется математическое моделирование фильтрационной пропитки в сверхкапиллярных порах слоев наполнителя под действием перепада давления и сил тяжести с учетом демпфирования каркаса наполнителя. Получены соотношения для оценки скорости фильтрации расплава, времени фильтрационной пропитки. Установлено влияние на это время давления внешней среды, паровоздушной смеси в крупных порах наполнителя, а также плотности, вязкости, проницаемости наполнителя, его пористости.

Ключевые слова:

тканые композитные материалы, метод вакуумного формования, семипреги, расплав полимерного связующего, математическое моделирование фильтрационной пропитки

Библиографический список

  1. Arafath A.R.A., Fernlund G., Poursartip A. Gas transport in prepregs: Model and permeability experiments // 17th International Conference on Composite Materials (27-31 July 2009; Edinburgh, UK).

  2. Centea T., Hubert P. Measuring the impregnation of an out- of-autoclave prepreg by micro-CT // Composites Science and Technology. 2011. Vol. 71. No. 5, pp. 593-599. DOI: 10.1016/j.compscitech.2010.12.009

  3. Furukawa Y., Furuta T., Chiba T. et al. Semipreg, prepreg, resin composite materials, and production methods thereof. Patent US 2020/0148846 A1, 14.03.2020.

  4. Cender T., Simacek P., Advani S.G. Resin film impregnation in fabric prepregs with dual length scale permeability // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2013. Vol. 53, pp. 118-128. DOI: 10.1016/j.compositesa.2013.05.013

  5. Джоган О.М., Костенко О.П. Методы изготовления деталей из композиционных материалов пропиткой в оснастке. Часть 2. Методы вакуумной пропитки // Вопросы проектирования и производства конструкций летательных аппаратов. 2012. № 1. С. 80–92.

  6. Джоган О.М., Костенко О.П. Методы изготовления деталей из композиционных материалов пропиткой в оснастке. Часть 1. Методы пропитки под давлением // Вопросы проектирования и производства конструкций летательных аппаратов. 2011. № 4. С. 111–125.

  7. Белов О.А., Бердникова Н.А., Бабкин А.В. и др. Композитная формообразующая оснастка // Вестник Московского авиационного института. 2017. Т. 24. № 2. С. 115–122.

  8. Воробей В.В., Логинов В.Е. Современный подход к раз работке конструкций из композиционных материалов // Вестник Московского авиационного института. 2002. Т. 9. № 1. С. 66–72.

  9. Душин М.И., Чурсова Л.В., Хрульков А.В., Коган Д.И. Особенности изготовления полимерных композиционных материалов методом вакуумной инфузии // Вопросы материаловедения. 2013. № 3(75). С. 33–40.

  10. Бодунов Н.М., Халиулин В.И., Сидоров И.Н., Костин В.А. К вопросу о моделировании процесса пропитки преформы при трансферном формовании композитных изделий // Вестник Московского авиационного института. 2020. Т. 27. № 1. С. 233–245. DOI: 10.34759/vst-2020-1-233-245

  11. Bernardon E., Foley M.F. Disposable self contained cartridge or resin transfer molding and resin transfer molding method. Patent US 5322665 A, 21.02.1994.

  12. Palmer R.J.,Moore W.E. Resin impregnation process for producing a resin-fiber composite. Patent US 5281388 A, 25.01.1994.

  13. Hindersmann A. Confusion about infusion: An overview of infusion processes // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2019. Vol. 126. No. 6 :105583. DOI: 10.1016/j.compositesa.2019.105583

  14. Caldwell J.D. Mandrel-assisted resin transfer molding process employing resin outflow perimeter channel between male and female mold elements. Patent US 6929770 B2, 16.08.2005.

  15. Алифанов О.М., Черепанов В.В. Идентификация физических свойств высокопористых волокнистых материалов методом статистического моделирования // Вестник Московского авиационного института. 2008. Т. 15. № 5. С. 109–117.

  16. Tanaka T., Nakamura T., Hiraishi Y. et al. Resin integrated fiber sheet for vacuum forming, and formed body production method using same. Patent WO/2021/095626, 16.07.2021.

  17. Dang C., Bernetich K., Carter E., Butler G. Mechanical comparison of out-of-autoclave prepreg part to conventional autoclave prepreg part // 67th Annual Forum of the American Helicopter Society (3-5 May 2011; Virginia Beach, VA). Vol. 3, pp. 1900-1910.

  18. Préau M. Defect management in vacuum bag only semipreg processing of co-bonded composite repairs. A thesis submitted to McGill University in partial fulfillment of the requirements of the degree of Doctor of Philosophy. – Montréal, Québec, Canada, 2016. – 226 p.

  19. Louis B.M. Gas transport in out-of-autoclave prepreg laminates. A thesis submitted in partial fulfillment of the requirements of the degree of Master of Applied Science. 2010. – 143 p. DOI: 10.14288/1.0071143

  20. Centea T., Hubert P. Modelling the effect of material properties and process parameters on tow impregnation in out-of-autoclave prepregs // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2012. Vol. 43. No. 9, pp. 1505- 1513. DOI: 10.1016/j.compositesa.2012.03.028

  21. Thorfinnson B., Biermann T.F. Production of void free composite parts without debulking // International SAMPE Symposium and Exhibition. 1986. Vol. 31, pp. 480-490.

  22. Zeinstra M., ten Thije R.H.W., Warnet L. Low velocity impact on a single-ply aramid semipreg // International Journal of Material Forming. 2009. Vol. 2. Suppl 1, pp. 193-196. DOI: 10.1007/s12289-009-0653-z

  23. Душин М.И., Донецкий К.И., Тимошков П.Н., Караваев Р.Ю. Исследование процесса безавтоклавного формования семипрегов на основе углеродных наполнителей (обзор) // Труды ВИАМ. 2018. № 9(69). С. 21–31.

  24. Донецкий К.И., Душин М.И., Мищун М.И., Севастьянов Д.В. Некоторые особенности применения семипрегов для вакуумного формования ПКМ (обзор) // Труды ВИАМ. 2017. № 12(60). С. 81–93.

  25. Ekause O.A., Anjum N., Eze V.O., Okoli O.I. A Review on the Out-of-Autoclave Process for Composite Manufacturing // Composite Science. 2022. Vol. 6. No. 6: 172. DOI: 10.3390/ jcs6060172

  26. Маскет М. Течение однородных жидкостей в пористой среде / пер. М.А. Геймана. – М.–Л.: Гостоптехиздат, 1949. – 628 с.

  27. Скардино Ф., Хирл Дж., Кавабата С. и др. Тканые конструкционные композиты / Под ред. Т.-В. Чу, Ф. Ко; Пер. с англ. Н.П. Жмудя, В.Л. Кулакова под ред. Ю.М. Тарнопольского. – М.: Мир, 1991. – 430 с.

  28. Калинчев В.А., Макаров М.С. Намотанные стеклопластики. – М.: Химия, 1986. – 268 с.

  29. Аксельруд Г.А., Лысянский В.М. Экстрагирование: система твердое тело – жидкость. – Л.: Химия, 1974.– 256 с.

  30. Таганов И.П. Моделирование процессов массо и энергопереноса. Нелинейные системы. – Л.: Химия, 1979. – 208 с.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2024