Металловолокнистые ламинаты, изготовленные по технологии VARTM

Исследовательский центр Лэнгли, Хэмптон, Вирджиния

Металловолокнистые ламинаты (FML) представляют собой многокомпонентные материалы, в которых используются металлы, волокна и матричные смолы. Адаптировать их свойства легко достижимо путем изменения одного или нескольких из этих компонентов. Были разработаны два новых процесса производства FML с использованием вакуумного трансферного формования смолы (VARTM).

Типичные FML получают путем укладки чередующихся слоев металлической фольги и препрегов из волокна/матричной смолы с последующим уплотнением в прессе или автоклаве. FML, состоящие из алюминиевых листов и препрегов из арамидного волокна/эпоксидной смолы, были впервые разработаны в 1980-х годах, а затем, в 1991 году, были представлены FML со стекловолокном вместо арамидных волокон.

Производство нынешних коммерчески доступных FML может быть дорогостоящим, а размер детали ограничен из-за необходимости использования препрега и использования автоклава или пресса при консолидации. Однако введение жидкой смолы в сухие слои ткани исключительно под давлением вакуума для производства высококачественных материалов оказалось более экономически эффективным процессом приготовления композитов. VARTM использует среду распределения потока, позволяющую смоле быстро распространяться по поверхности по всей длине детали с последующей более медленной инфузией по толщине детали, тем самым сокращая время инфузии.

Для FML был разработан процесс VARTM, в котором используются небольшие пути потока в металлических слоях, что позволяет проводить инфузию смолы по всей толщине. Материалы, полученные этим процессом, называются VARTMFML. Во втором процессе VARTM, разработанном для FML, используются пористые ткани с металлическим покрытием, позволяющие проводить инфузию на всю толщину. Эти ламинаты называются VARTMPCL. Для каждого процесса можно выбрать множество комбинаций металла, волокна и смолы, чтобы адаптировать материал для конкретных применений.

Обработка VARTMFML включает укладку чередующихся слоев металлической фольги, содержащей пути потока смолы, и армирующую ткань. Затем металлическую фольгу/тканевую заготовку пропитывают смолой с помощью процесса VARTM. VARTMFML обеспечивает хорошие механические свойства, которые можно оптимизировать путем правильного выбора металлической фольги, волокна, смолы, а также размера и распределения дорожек.

Обработка VARTMPCL сначала требует производства тканей с металлическим покрытием. Ткань покрыта металлическим слоем с использованием процесса осаждения индуктивно-связанной плазмы. Получаемый металлический слой является пористым, так что сложенные друг на друга слои ткани с металлическим покрытием можно заливать для получения новых FML. Металлические порошки аксиально инжектируются в инертную аргон/гелиевую плазму при низких давлениях. Когда частицы проходят через плазму, они становятся частично расплавленными каплями. Эти капли металла падают на полученную ткань с низкой скоростью, быстро охлаждаясь и образуя связь между металлом и тканью. Преимуществом VARTMPCL, скорее всего, является улучшение функциональных свойств, включая электропроводность (например, защита от удара молнии) или теплопроводность (например, нагрев для борьбы с обледенением) по сравнению с композитом с исходной полимерной матрицей.

Эту работу выполнили Б. Дж. Дженсен, Р. Дж. Кано, С. Дж. Хейлз, Б. В. Гримсли и Э. С. Вайзер из Исследовательского центра Лэнгли; и Дж. А. Алекса из Lockheed Martin Engineering and Sciences. ЛАР-17165-1/485-1/-2

Эта статья впервые появилась в августовском номере журнала NASA Tech Briefs Magazine за 2015 год.

Больше статей из этого выпуска читайте здесь.

Больше статей из архива читайте здесь.

ПОДПИСАТЬСЯ