Оптимізація тиску і часу формування композитних виробів при температурі мінімальної в’язкості сполучного
DOI:
https://doi.org/10.15407/knit2022.02.003Ключові слова:
квадратична та гексагональна структура, міжволоконний простір, полімеризація сполучного, препрегАнотація
Технологічний процес формування композитних виробів полягає в наданні їм на формотворному оснащенні необоротної форми шляхом полімеризації сполучного при певних температурі та тиску, що змінюються в часі. Статтю присвячена дослідженню технологічних параметрів найпоширенішого на практиці способу формування виробів із полімерних композиційних матеріалів, попередньо сформованих із препрегів. Отримала подальшого розвитку математична модель заповнення сполучним міжволоконного простору армувального матеріалу для полімерного композиційного матеріалу із різною щільністю впакування волокон від квадратичної до гексагональної, обумовленої видом армувального матеріалу.
Розроблено нову методику оптимізації тиску та часу формування композитних виробів при температурі мінімальної в’язкості сполучного. Методика реалізована аналітичними залежностями, що встановлюють оптимальні часові інтервали і тиск формування на ділянці температурно-часової діаграми, яка пов’язана зі здатністю застосовуваного устаткування (печі, автоклава) забезпечити максимально можливу швидкість підйому температури з метою «розм’якшення» сполучного в препрезі до мінімальної його в’язкості. Показано, що витрати енергії на переформування тетрагональної структури полімерного композиційного матеріалу у гексагональну в десятки раз перевищують витрати для формування тетрагональної структури. Так переформування тетрагональної структури при об’ємному вмісті сполучного 0.4 в щільну гексагональну структуру вимагає збільшення тиску в 66.7 раз. Отримані результати дозволяють встановити економічно доцільний рівень тиску та часу формування композитних виробів при забезпеченні їх регламентованої якості.
Посилання
Hajdachuk A. V. (2002). Technique for studying the technological parameters of the molding process of products from
polymer composite materials based on prepregs. Design and production of aircraft structures, 30(3), 17-22. [In Russian].
Gaidachuk V. E., Sidorenkova M. A. (1997). Selection of the optimal pressure when molding structures from polymer
composite materials. Design and production of aircraft structures, 8-12.
Degtjarev A. V., Kovalenko V. A., Potapov A. V. (2012). The use of composite materials to create promising rocket technology.
Aviatsionno-kosmicheskaya tekhnika i tekhnologiya, No. 2(89), 34-38.
Mihajlin Ju. A. (2008). Structural polymer composite materials. SPb.: NOT Publ. 822.
Baran I., Cinar K., Ersoy N., Remko Akkerman, Jesper H. (2017). Hattel A review on the mechanical modeling of composite manufacturing processes. Archives of computational methods in engineering, No. 24, 365-395.
https://doi.org/10.1007/s11831-016-9167-2
Baranov A. V. (2004). Non-isothermal curing and chemical effects during cavity filling with impregnated anisotropic layer.
Mekhanika kompozitsionnykh materialov i konstruktsii, 10, No. 1, 15-22.
Bitjukov Yu. I., Kalinin V. A. (2010). The numerical analysis of the scheme on packing of the tape of variable width on the
technological surface in the course of winding of designs from composite materials. Mekhanika kompozitsionnykh materialov
i konstruktsii, 16, No. 2, 276-290.
Blagonadezhin V. L., Vorontsov A. N., Murzakhanov G. K. (1988). Technological problems of mechanics of structures made
of composite materials. Mechanics of composite materials, 23, 608-625.
https://doi.org/10.1007/BF00605687
Budelmann D., Schmidt C., Meiners D. (2020). Prepreg tack: a review of mechanisms, measurement, and manufacturing
implication. Polymer composites, 41, No. 9, 3440-3458.
https://doi.org/10.1002.pc.25642
Bychkov A. S., Kondratiev A. V. (2019). Criterion-based assessment of performance improvement for aircraft structural
parts with thermal spray coatings. J. superhard Materials, 41, No. 1, 53-59.
https://doi.org/10.3103/S1063457619010088
Campbell F. C. (2004). Manufacturing processes for advanced composites. Elsevier Science, 532 р.
Castanie B., Bouvet C., Malo Ginot. (2020). Review of composite sandwich structure in aeronautic applications. Composites
part C, 1, 100004.
https://doi.org/10.1016/j.jcomc.2020.100004
Deng B., Shi Y., Yu T., Zhao P. (2020). Influence mechanism and optimization analysis of technological parameters for the
composite prepreg tape winding process. Polymers, 12, No. 8, 1843.
https://doi.org/10.3390/polym12081843
Fomin O., Logvinenko O., Burlutsky O., Rybin A. (2018). Scientific substantiation of thermal leveling for deformations in
the car structure. Int. J. engineering & technology, 7, No. 4.3, 125-129.
https://doi.org/10.14419/ijet.v7i4.3.19721
Gaydachuk A. V., Slivinskiy M. B., Golovanevskiy V. A. (2006). Static electricity build-up considerations in manufacture of
cores for sandwiched composite materials structures. Materials forum, 30, 103-109.
Jaeger J. C. (1969). Elasticity, fracture and flow. Springer, 268 р.
https://doi.org/10.1007/978-94-011-6024-7
Jinno M., Sakai S., Osaka K., Fukuda T. (2003). Smart autoclave processing of thermoset resin matrix composites based on temperature and internal strain monitoring. Adv. composite material, 12, No. 1, 57-72.
https://doi.org/10.1163/156855103322320374
Karandashov O., Avramenko V. (2017). Studies of thermal stability of epoxy compound for glass-fiber pipes. Chemisrty &
chemical technology, 11, No. 1, 61-64.
https://doi.org/10.23939/chcht11.01.061
Kolosov A. E., Sakharov A. S., Sivetskii V. I., Sidorov D. E., Sokolskii A. L. (2012). Substantiation of the efficiency of using ultrasonic modification as a basis of a production cycle for preparing reinforced objects of epoxy polymer composition.
Chemical and petroleum engineering, 48, 391-397.
https://doi.org/10.1007/s10556-012-9629-9
Kolosov A. E., Virchenko G. A., Kolosova E. P., Virchenko G. I. (2015). Structural and technological design of ways for
preparing reactoplastic composite fiber materials based on structural parametric modeling. Chemical and petroleum engineering, 51, 493-500.
https://doi.org/10.1007/s10556-015-0075-3
Kondratiev A. V. (2020). A concept of optimization of structural and technological parameters of polymer composite rocket
units considering the character of their production. Space Science and Technology, 26, No. 6 (127), 5-22.
https://doi.org/10.15407/knit2020.06.005
Kondratiev A. V., Gaidachuk V. E. (2021). Mathematical analysis of technological parameters for producing superfine prepregs by flattening carbon fibers. Mechanics of Composite Materials. 57, № 1. P. 91-100.
https://doi.org/10.1007/s11029-021-09936-3
Kondratiev А. V., Kovalenko V. O. (2019). Optimization of design parameters of the main composite fairing of the launch
vehicle under simultaneous force and thermal loading. Space Science and Technology, 25, No. 4 (119), 3-21.
https://doi.org/10.15407/knit2019.04.003
Korotkov V. N., Chekanov Y.A., Rozenberg B. A. (1989). Nonisothermal curing of articles formed from polymeric composite materials in the winding process. Mechanics of composite materials, 25, 73-78.
https://doi.org/10.1007/BF00608454
Mustafa L. M., Ismailov M. B., Sanin A. F. (2020). Study on the effect of plasticizers and thermoplastics on the strength
and toughness of epoxy resins. Naukovyi visnyk natsionalnoho hirnychoho universytetu, 4, 63-68.
https://doi.org/10.1088/1475-7516/2020/03/063
Nemirovskii Y. V., Yankovskii A. P. (2002). Effect of the thermal action and thermosensitivity of phase materials on the
load-carrrying capacity of momentless shells with an equal-stressed reinforcement. Mechanics of composite materials, 38,
-538.
https://doi.org/10.1023/A:1021778626055
Nikolaev V. P., Pichugin V. S., Korobeinikov A. G. (1999). Effect of molding conditions on fracture mechanisms and stiffness of a composite of grid structure. Mechanics of composite materials, 35, 49-54.
https://doi.org/10.1007/BF02260811
Rodichev Y. M., Smetankina N. V., Shupikov O. M., Ugrimov S. V. (2018). Stress-strain assessment for laminated aircraft
cockpit windows at static and dynamic load. Strength of materials, 50, No. 6, 868-873.
http://doi.org/10.1007/s11223-019-00033-4
Rodionov V. V. (2019). Optimization of molding the polymeric composite material with improved characteristics. Plasticheskie massy, 3-4, 55-58. https://doi.org/10.35164/0554-2901-2019-3-4-55-58
Russell John D., Madhu S. Madhukar Mohamed S., Genidy Andre Y. (2000). Lee A new method to reduce cure-induced
stresses in thermoset polymer composites, Part III: Correlating stress history to viscosity, degree of cure and cure shrinkage.
J. composite materials, 34, No. 22, 1925-1947.
https://doi.org/10.1080/08832323.1947.10115528
Teters G., Kregers A. (2000). Optimization of a composite plate buckling under thermal action with account of reliability.
Mechanics of composite materials, 36, 453-458.
https://doi.org/10.1023/A:1006750431407
Tomashevskii V. T., Yakovlev V. S. (2004). Models in the engineering mechanics of polymer-matrix composite systems. Int.
applied mechanics, 40, No. 6, 601-621.
https://doi.org/10.1023/B:INAM.0000041391.28104. b7
Verbitskaya N. A. (2001). Influence of complex compounds of rhenium (V), molybdenum (V) with macrocyclic ligands on
processes of structure formation in epoxypolyurethane binder. Plasticheskie massy: sintez svojstva pererabotka primenenie, 7,
-14.
