Композит-ликбез

Версия 13:56, 6 ноября 2022

композит----автор Книжников ВВ

Термин композитный или составной означает склеенный набор несколько типов материалов с противоположными  свойствами----

например в стеклопластике нити стекла работают только на растяжение называется арматурой, а отвердевший компауд на сжатие называется связующее--- обычно это органические полимерные смолы типа эпоксидка или полиэфирка! сложное плетение нитей поперек и по диагонали в стеклоткани или углеткани даёт двух мерное сопротивление на разрыв!

многослойная деревянная фанера, железобетон, стеклотекстолит, карбоновые и армидные пластики, термопластики с армирующими прочными нитями---это всё разновидности композитов в конструкциях

сендвич

В композитном сендвиче двухсторонняя прочная тонкая обшивка и поддерживающий  форму легкий наполнитель из пены или сотовой пустотелой структуры создают жесткую пространственную ферму хорошо работающую на изгиб и кручение!

Типичный листовой сэндвич имеет соотношение 1/10, где один это суммарная толщина обшивки и десять--- толщина ядра!

1) применение самодельного композитного ламината или бронирование прочной самоклеющейся плёнкой увеличивает износостойкость  и прочность пенопластовой конструкции на один порядок при прибавке в весе всего на 10-15% плюс водонепроницаемость!

Например ламинация прочной самоклеющейся термопленкой для книг толщиной 30-100мкм или скотчем 25-50мкм пластин из бальзы или пенопласта плотностью 20-30 кг/м3 типа потолочка для хвостового оперения или обтяжка пенопластовых объёмных авиамоделей!

2) позитивная технология стеклокомпозита по пенопластовому ядру для крыльев или объемных болванов очень быстра и удобна для так называемой наколенной технологий при единичном производстве демонстрационной модели прототипа!

3) матричное производство композитных корочек в формах оправдано лишь при серийном производстве-----при мелкой серии 10-100 штук матрицы выклеиваются прямо по подготовленому болвану и толщина стенок и определяет износостойкость формы, то есть достаточно 3-10 мм и вклеенные усиления !

4) при средней тиражности до 1000 штук уже актуально фрезерование формы из моноблочной плиты спец-пластмасс или алюминия!

форма и жесткость

Из геометрии сопромата известно, что замкнутая по контуру поверхность кривизной второго порядка самая жесткая по удержанию формы-----например пустотелая сфера для глубоководных батискафов может выдержать наружное давление до 1100 атмосфер или глубину 11км воды Мариинской впадины в Тихом океане! Далее по устойчивости формы идёт цилиндрическая труба или поверхность кривизны первого порядка! Прелесть этого решения в том, что можно применять листовую технологию для создания прочных и легких объёмных конструкций ----например фюзеляжей бпла или корпусов судов, как сложно профилированную трубу с переменной кривизной!

Тонкие листы толщиной 0.3-1.5мм могут быть сделаны из жестких материалов типа стеклотекстолита, карбона, авиационной фанеры, алюминиевого сплава, прочных пластмасс типа пэт и поликарбонат! Пустотелый корпус с рабочей жесткой силовой обшивкой называется монокок! Даже крыло с толстым симметричным профилем можно считать приплющенной трубой---- правда в некоторых местах необходимы местные усиления в виде шпангоутов, нервюр, лонжеронов, стрингеров и внутренних стыковочных накладок!

Так как профиль крыла или лопасти это контур поперечного сечения образованный обшивкой----то чтобы под нагрузкой не менялась форма используют монолит для лопастей или жесткую рабочую обшивку с поддержкой контура через нервюры или пеноядро----главное помнить, что нижнею поверхность вдавливает в тело профиля скоростным напором потока,а верхнею отрывает от тела зоной разряжения при положительной перегрузкой!

Жесткость профиля или устойчивость на кручение и изгиб увеличивается в квадрате от толщины при условии замкнутого контура обшивки----

то есть 12% профиль жестче 6% в четыре раза , а высота стенки лонжерона увеличивает жесткость и прочность на поперечный изгиб крыла или лопасти в корневище---- толщина полок лонжерона работает на сжатие верхней и растяжение нижней при положительной перегрузке.

виды конструкций

В инжениринге есть такое понятие ---строительная  плотность это соотношение массы сухой конструкции планера к объёму занимаемого пространства по габаритам (длина х размах х высота)!

Строительная плотность определяется максимальной перегрузкой и сопроматом, как следствие конструкционным материалом и технологией и поэтому для каждого класса ла есть свой оптимум , например самой низкой плотностью обладают парапланы и планирующие парашюты--- потом идут дельтапланы и схематички типа ультралайтов--- затем полноценные аэродинамически облагороженные ла

удельная стоимость строительной плотности определяет экономическую целесообразность технологии ---- например несмотря на кажущуюся дешевизну наборных каркасных конструкции из деревянных или металлических профилей трудоёмкость получается очень долгой и дорогой так как много высокоточных деталей и соединений в целом--- так консоль крыла или оперения по позитивной технологии,то есть пено-ядро и ламинат, имеет всего шесть оригинальных деталей против классической наборной в тридцать деталей, так же фюзеляж типа монокок с хвостовой балкой имеет всего тринадцать деталей---каркасная ферма около пятидесяти!

Выбор первичной технологии для демонстратора обычно определяется габаритами модели и назначением----сейчас для бпла до 1 метра можно вовсю использовать 3д печать из специальных термопластиков для создания пространственных ферм!

1) классическая деревянная наборная каркасная конструкция из шпангоутов и стрингеров с зашивкой шпоном или авиационной фанерой -----в авиации чаще используется липа, бальза, сосна ----в судо осина, береза----в авто ель, бук, дуб!

2) быстрая композитная технология по позитиву удобна для крыльев и килей----то есть профилированное пенопластовое ядро обклеено "крафт" бумагой или ватманом 0.2мм на ПВА или обшитое шпоном 0.5-1мм с самоклеющейся плёнкой или тонким самодельным стеклоламинатом с угольными усилениями из ровинга на эпоксидных смолах толщиной 0.05-0.15мм,где соотношение по массе стеклоткани 50% и компаунда 50%!

Тип ткани по плетению нитей----марля клеточкой,сатин клеточкой с диагональю, ГВС-11 3Д-плетение(1мм), толстая рогожа клеточкой,стекломат беспорядочно!

3) пустотелые корпуса типа монокок с жесткой силовой обшивкой----уже ставшая классической бутылочная технология из 1-2 литровых пэт бутылок или стеклопластиковые корочки выклеенные по деревянному, пластилиновому или пенопластовому болвану!

4) для кузовов и фюзеляжей быстрая листовая технология по выкройкам из тонкого электрокартона толщиной 0.5-1мм,авиационной фанеры 1мм,алюминия 0.3-0.5мм, промышленного стеклотекстолита 0.5-1.5мм, пэт пластин 0,5-1 мм!

5) матричное производство композитов начинает оправдываться только при серии более 10 штук----соотношение по массе ткани 60% и компаунда 40% для инфузивной пропитке!

таблица композитных технологий

технология----------------------------позитивная-------------------------негативная----------------------------горячая(+70+120грС)

формовка -------------------------по пено-ядру-----------------в стеклопластиковой форме----------------------металл-матрица+пуансон

толщина корочки --------------------0.1-0.3мм------------------------------0.5-1мм----------------------------------1-2мм

разделитель слоёв----------------0 на ПЭТ плёнке 0.1-0.2мм-----------------3-4раза----------------------------------1раз

ткани слоёв-----------------------------1-2 ----------------------------------2-3-----------------------------------3-4

последовательность----плёнка+ткань+жидкий компаунд-----краска+компаунд+марля+компаунд+сатин+компаунд+марля-----------спред

отлип через---------------------------4часа---------------------------------2часа------------------------------------1час

полимеризация--------------------------24часов------------------------------12часа----------------------------------8часов

дозревание----------------------------2недели-------------------------------1неделя----------------------------------1день

смола----------------------------------эпокси------------------------------полиэфирная--------------------------готовый компаунд

отвердитель----------------------------1/10-----------------------------------1/100----------------- -------------уже введён

инструмент----------------------пластмассовый шпатель--------------------малярная кисть------------------------------валик

метод давление-------------------груз мешками с песком---------------------вакуум плёнка---------------------давление в 3-5 атмосфер

матричный разделитель  это жидкий парафин (мастика для паркета) для эпоксида, синтетические воски для полиэфира, спиртовой спрей "норслип"!!!  

внимание----толщина стеклоткани типа марли,сатин 0.1мм эквивалентна плотности 100г/м2, 0.2мм--200г/м2!!!

промышленный карбоновый спред----это углеткань уже пропитанная специальным эпоксидным высокотемпературным компаундом горячего отверждения!!!

контроль качества при формовке-----не должно быть воздушных пузырей и не пропитанной ткани!!!

смотри статью "сопромат"