Научная статья на тему 'ПРЕПРЕГИ СТЕКЛОПЛАСТИКОВ И ПРЕПРЕГ УГЛЕПЛАСТИКА НА ОСНОВЕ СВЯЗУЮЩЕГО ВСЭ-67 ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В СОСТАВЕ КОНСТРУКЦИЙ ЛОПАСТЕЙ ВЕРТОЛЕТОВ'

ПРЕПРЕГИ СТЕКЛОПЛАСТИКОВ И ПРЕПРЕГ УГЛЕПЛАСТИКА НА ОСНОВЕ СВЯЗУЮЩЕГО ВСЭ-67 ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В СОСТАВЕ КОНСТРУКЦИЙ ЛОПАСТЕЙ ВЕРТОЛЕТОВ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
72
42
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Труды ВИАМ
ВАК
RSCI
Ключевые слова
стеклопластик / углепластик / препреги / лопасти вертолета / связующее / полимерные композиционные материалы / изделия авиационного назначения / fiberglass / carbon fiber / prepregs / helicopter blades / resin / polymer composite materials / aviation products

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Колокольцева Татьяна Вениаминовна, Попов Юрий Олегович, Усачева Мария Николаевна, Громова Анна Анатольевна

Разработаны состав и технология изготовления препрегов и полимерных композиционных материалов (стеклопластиков и углепластика) на основе расплавного эпоксидного связующего ВСЭ-67 и армирующих наполнителей – стеклоткани Т-64(ВМП)-78, стеклоровинга РВМПН10-1200-14 и углеродного жгута UMT49S-12K-EP. Рассчитаны значения свойств полученных препрегов. Описаны технологии их изготовления на пропиточной установке и выбор основных параметров пропитки. Приведены результаты исследования свойств препрегов, полученных по установленным технологическим режимам, и изготовленных из них полимерных композиционных материалов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Колокольцева Татьяна Вениаминовна, Попов Юрий Олегович, Усачева Мария Николаевна, Громова Анна Анатольевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

PREPREGS OF FIBERGLASS AND PREPREG OF CARBON FIBER ON THE BASIS OF THE RESIN VSE-67 FOR THE USE IN THE STRUCTURES OF HELICOPTER BLADES

This article presents the main results on the development of prepregs and polymer composite materials (fiberglass and carbon fiber) based on the melting epoxy resin union and reinforcing fillers-glass-circuits of the T-64(VMP)-78, glass-winding RVMPN10-1200-14 and carbon fiber UMT49S-12K-EP. The process of developing prepregs, technologies for their manufacture on the impregnation, the choice of the main parameters of impregnation is described. The results of a study of the properties of the prepregs obtained under selected technological regimes and made from them PCM are also given.

Текст научной работы на тему «ПРЕПРЕГИ СТЕКЛОПЛАСТИКОВ И ПРЕПРЕГ УГЛЕПЛАСТИКА НА ОСНОВЕ СВЯЗУЮЩЕГО ВСЭ-67 ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В СОСТАВЕ КОНСТРУКЦИЙ ЛОПАСТЕЙ ВЕРТОЛЕТОВ»

Научная статья

УДК 678.067.5; 678.747.2

DOI: 10.18577/2307-6046-2023-0-11-47-55

ПРЕПРЕГИ СТЕКЛОПЛАСТИКОВ И ПРЕПРЕГ УГЛЕПЛАСТИКА НА ОСНОВЕ СВЯЗУЮЩЕГО ВСЭ-67 ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В СОСТАВЕ КОНСТРУКЦИЙ ЛОПАСТЕЙ ВЕРТОЛЕТОВ

Т.В. Колокольцева1, Ю.О. Попов1, М.Н. Усачева1, А.А. Громова1

1 Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно -исследовательский институт авиационных материалов» Национального исследовательского центра «Курчатовский институт», Москва, Россия; [email protected]

Аннотация. Разработаны состав и технология изготовления препрегов и полимерных композиционных материалов (стеклопластиков и углепластика) на основе расплав-ного эпоксидного связующего ВСЭ-67 и армирующих наполнителей - стеклоткани Т-64(ВМП)-78, стеклоровинга РВМПН10-1200-14 и углеродного жгута UMT49S-12K-EP. Рассчитаны значения свойств полученных препрегов. Описаны технологии их изготовления на пропиточной установке и выбор основных параметров пропитки. Приведены результаты исследования свойств препрегов, полученных по установленным технологическим режимам, и изготовленных из них полимерных композиционных материалов.

Ключевые слова: стеклопластик, углепластик, препреги, лопасти вертолета, связующее, полимерные композиционные материалы, изделия авиационного назначения

Для цитирования: Колокольцева Т.В., Попов Ю.О., Усачева М.Н., Громова А.А. Препреги стеклопластиков и препрег углепластика на основе связующего ВСЭ-67 для применения в составе конструкций лопастей вертолетов // Труды ВИАМ. 2023. № 11 (129). Ст. 05. URL: http://www.viam-works.ru. DOI: 10.18577/2307-6046-2023-0-11-47-55.

PREPREGS OF FIBERGLASS AND PREPREG OF CARBON FIBER ON THE BASIS OF THE RESIN VSE-67 FOR THE USE IN THE STRUCTURES OF HELICOPTER BLADES

T.V. Kolokoltseva1, Yu.O. Popov1, M.N. Usacheva1, A.A. Gromova1

federal State Unitary Enterprise «All-Russian Scientific-Research Institute of Aviation Materials» of National Research Center «Kurchatov Institute», Moscow, Russia; [email protected]

Abstract. This article presents the main results on the development of prepregs and polymer composite materials (fiberglass and carbon fiber) based on the melting epoxy resin union and reinforcing fillers-glass-circuits of the T-64(VMP)-78, glass-winding RVMPN10-1200-14 and carbon fiber UMT49S-12K-EP. The process of developing prepregs, technologies for their manufacture on the impregnation, the choice of the main parameters of impregnation is described. The results of a study of the properties of the prepregs obtained under selected technological regimes and made from them PCM are also given.

Keywords: fiberglass, carbon fiber, prepregs, helicopter blades, resin, polymer composite materials, aviation products

For citation: Kolokoltseva T.V., Popov Yu.O., Usacheva M.N., Gromova A.A. Prepregs of fiberglass and prepreg of carbon fiber on the basis of the resin VSE-67 for the use in the structures of helicopter blades. Trudy VIAM, 2023, no. 11 (129), paper no. 05. Available at: http://www.viam-works.ru. DOI: 10.18577/2307-6046-2023-0-11-47-55.

Введение

Иностранные производители авиационной техники, такие как «Сикорский Эйр-крафт», «Эйрбас» и «Бэлл», используют полимерные композиционные материалы (ПКМ) с конца 1970-х гг. В СССР фирма «Камов» к тому моменту уже 25 лет применяла ПКМ для изготовления лопастей несущего винта [1-4].

Данные материалы нашли широкое применение в конструкциях лопастей вертолетов зарубежных и российских производителей благодаря ряду преимуществ по сравнению с металлическими материалами [5-11]:

- высокий уровень удельных упруго-прочностных характеристик, в том числе статической прочности и сопротивления усталости;

- возможность варьирования свойствами в зависимости от ориентации волокон наполнителя, что обеспечивает в конструкции оптимальное соответствие схем нагру-жения изделия и армирования ПКМ;

- высокая коррозионная стойкость;

- повышение экономичности конструкций вертолетной техники благодаря снижению массы изделий и энерговооруженности труда, увеличению дальности полета и грузоподъемности.

Опыт отечественных и зарубежных производителей показывает, что использование ПКМ уменьшает массу летательных аппаратов на 25-50 %, материалоемкость -в 1,6-3,5 раза, трудоемкость - в 1,5-3 раза, энергоемкость - в 8-10 раз, увеличивает коэффициенты использования материала с 0,3 до 0,85, ресурса - в 1,5-3 раза [8].

Для получения узлов вертолетов, как правило, применяют угле- и стеклопластики, чаще всего на основе связующих из эпоксидных смол. Они характеризуются доступностью, легкостью переработки, имеют высокий уровень механических свойств и хорошую адгезию к армирующим наполнителям.

Поскольку объем использования и уровень требований к свойствам ПКМ для авиационной промышленности и вертолетостроения растут, необходимо совершенствовать применяемые и разрабатывать новые материалы, процессы и методы изготовления продукции. Важными требованиями к материалам для ответственных конструкций являются воспроизводимость характеристик в процессе производства и сохранение заданных свойств в течение срока эксплуатации изделия в условиях окружающей среды (особенно при повышенных влажности и температуре).

В качестве наполнителей применяют однонаправленные углеродные волокна ЛУ-П/0,1, ЛУ-П/0,2, ЭЛУР-П, ВМН-4, УКН-П, стеклоровинги марок РВМПН10-1200-14 и стеклоткани марок Т-25, Т-10. До сих пор используют эпоксидные связующие растворного типа марок 5-211-БН, ЭТФ, ЭНФБ, ЭДТ-10П.

В Российской Федерации в вертолетах марки Ка лонжерон лопастей несущего винта изготавливают из стеклотекстолита СК-5-211БП (на основе стеклянной ткани Т-25(ВСП)-78 и растворного эпоксидного связующего 5-211-Б) и углепластика КМУ-3Л (на основе однонаправленной углеродной ленты ЛУ-П/0,2-А и растворного эпоксидного связующего 5-211-Б) [12].

В вертолетах семейства Ми при изготовлении лопастей несущего и рулевого винтов используют однонаправленные препреги с наполнителями в виде стеклонитей ВМС-6, стеклотканей марок Т-25, Т-10 и растворного связующего ЭДТ-10П; гибридные однонаправленные препреги с наполнителем из стеклонитей ВМС-6, углеродных жгутов УКН-3К и растворного связующего УП-2227.

Однако производство препрегов на основе традиционно используемых связующих растворного типа базируется на энергоемкой, экологически небезопасной, низкопроизводительной технологии. К тому же такие препреги (например, на основе связующих

5-211-Б, ЭДТ-10) обладают рядом недостатков, которые негативно влияют на качество и стабильность характеристик лопастей несущего винта вертолета [13, 14]:

- ограниченная жизнеспособность (от 3 до 12 сут при температуре 20 °С);

- практически неконтролируемая и неуправляемая высокая текучесть связующих при формовании детали;

- использование большого количества токсичных органических растворителей;

- сложность удаления растворителя в полном объеме во время сушки препрега из-за образующейся пленки полимера;

- избирательная адсорбция компонентов связующего поверхностью пропитываемого наполнителя;

- наличие существенных остатков растворителей в препреге (до 5-8 %), что является причиной образования пористости в деталях и, как следствие, снижения уровня и увеличения разброса механических характеристик (в том числе сопротивления усталости), снижения стойкости к воздействию окружающей среды.

Для проектирования лопастей несущего винта перспективных вертолетов марки Ка необходимо разработать новые материалы на основе наполнителей в виде ткани и однонаправленных лент и расплава связующего. За счет исключения растворителей производство таких препрегов позволяет значительно снизить пористость отвер-жденного материала, уменьшить энергоемкость процесса в 1,5-2 раза в пересчете на единицу продукции, повысить пожаро- и экологическую безопасность процессов, улучшить условия труда. Длительная жизнеспособность (не менее 1 мес при температуре 20 °С), обусловленная составом связующих расплавного типа, позволяет стабилизировать процесс производства крупногабаритных изделий авиационной техники вне зависимости от цикла намотки-выкладки, а также организовать централизованные поставки препрегов предприятиям отрасли.

Препреги - это, по сути, неотвержденный композиционный материал, который представляет собой листовой полуфабрикат, в значительной степени подготовленный для производства изделий и состоящий из связующего и пропитанных им армирующих волокон. После воздействия повышенной температуры в результате происходящих в связующем химических реакций препрег превращается в теплостойкий конструкционный материал (ПКМ), обладающий благодаря наличию армирующих наполнителей высокой прочностью, уникальной жесткостью и низкой плотностью по сравнению с традиционно применяемыми металлами. Волокно является основным несущим элементом, поэтому композиционный материал более прочный и жесткий в направлении волокон. Связующее (матрица) в составе композита соединяет («склеивает») волокна наполнителя в единое монолитное целое, перераспределяет приложенную нагрузку и поддерживает волокна, что сохраняет их заданное положение и выбранную ориентацию в пространстве. Матрица также сообщает композиту необходимую для сохранения исходных свойств стойкость к воздействию различных агрессивных факторов окружающей среды и определяет заданную максимальную рабочую температуру эксплуатации изделия. Варьируя состав эпоксидного связующего, можно получать материал с различным уровнем характеристик (тепло- и влагостойкость, стойкость к агрессивным средам и атмосферному воздействию) и технологических свойств (жизнеспособность, температура и длительность отверждения, давление формования, вязкость для определенных методов выкладки).

Стабильность толщины плиты ПКМ зависит от свойств исходных материалов (препрега). Небольшое отклонение в толщине слоя препрега может привести к большим отклонениям в размерах общего сечения толстостенных конструкций, а также

к повышенной пористости и складкам. Вариация по толщине слоя препрега связана с вариацией весовой доли связующего и массы 1 м2 наполнителя.

Толщина монослоя является одним из основных факторов, влияющих на структуру конструкции из ПКМ. Получение требуемой толщины монослоя имеет решающее значение для достижения необходимых объемной доли и размеров волокна в ПКМ, а также позволяет определить и спрогнозировать геометрические параметры конструкции и стабильность свойств. Уровень характеристик одного слоя препрега и ПКМ будет определяться соотношением содержаний наполнителя и связующего.

При разработке ПКМ с заданным комплексом физико-механических свойств в первую очередь необходимо определить составы соответствующих полуфабрикатов -препрегов на основе отечественных наполнителей, т. е. рассчитать оптимальное соотношение содержаний наполнителя и связующего.

В препрегах это соотношение зависит от такого параметра, как весовая доля связующего Гспреп - ключевой характеристики, приводимой в технических условиях. Зная

величину Жспреп и массу 1 м2 наполнителя, можно спрогнозировать с достаточной точностью толщину монослоя ¿слоя, объемную долю наполнителя Vнап и плотность [15].

Соотношение содержаний наполнителя и связующего в ПКМ выражают через объемную долю наполнителя Vнап (один из ключевых параметров композитов). Чем больше объемная доля армирующего наполнителя Р"нап, тем выше уровень упруго-прочностных характеристик изделия из ПКМ. При этом объем связующего должен быть достаточным для того, чтобы обеспечить сплошную беспористую структуру композита. В противном случае наблюдается снижение сопротивления усталости и стойкости материала к воздействию факторов окружающей среды.

Кроме заданных весовых и упруго-механических характеристик композиционное изделие должно отвечать требованиям к толщине и другим геометрическим размерам. Поскольку изделие собирается путем послойной выкладки препрега в соответствии с расчетной схемой армирования, особое значение приобретает толщина одного слоя отформованного препрега (монослоя композита). Эта величина зависит от весовых характеристик (массы 1 м , объемной плотности) и объемной доли Vнап наполнителя в составе композита [15]. Толщину изделия конструктор рассчитывает, исходя из показателя 4лоя, среднее значение которого указано в технических условиях. Стабильность геометрических характеристик получаемого изделия будет зависеть от допустимого разброса толщины отформованного слоя препрега 4лоя.

После определения оптимального состава композита путем расчетов, изготовления и исследования экспериментальных образцов препрегов и ПКМ необходимо решить технологические задачи - подобрать и отработать режимы производства пре-прегов.

Материалы и методы

Исследованы характеристики препрегов и ПКМ - стеклопластиков ВПС-74/ Т-64(ВМП)-78, ВПС-74 и углепластика ВКУ-70 на основе расплавного эпоксидного связующего марки ВСЭ-67 и наполнителей соответственно:

- стеклоткани марки Т-64(ВМП)-78 конструкционного назначения (из высокопрочных волокон марки ВМП) - для производства обшивок хвостовой части лопасти;

- однонаправленного стеклоровинга марки РВМПН10-1200-14 - для производства силовой части лонжерона;

- углеродного однонаправленного наполнителя марки UMT49S-12К-EP - для производства силовой части лонжерона.

Основные характеристики, которым должны соответствовать ПКМ, представлены в табл. 1.

Таблица 1

Основные характеристики полимерных композиционных материалов _при температуре 20 °С_

Показатель Значения показателей для материалов

ВКУ-70 ВПС-74 ВПС-74/ Т-64(ВМП)-78

Модуль упругости при растяжении, ГПа (среднее значение) >140 >45 >20

Толщина монослоя, мм (номинальное значение) 0,11-0,15 0,20-0,22 0,08-0,1

К весовой доле связующего в препрегах ЖсПреп предъявляли дополнительное

требование: для обеспечения приемлемой стабильности характеристик разрабатываемых материалов отклонение (разброс) от принятого среднего (номинального) значения не должно превышать 4 %.

Образцы препрегов ВСЭ-67/Т-64(ВМП)-78, ВСЭ-67/РВМПН10-1200-14 и ВСЭ-67/UMT49S-12К-ЕР изготавливали по расплавной технологии Hot Melt на пропиточной установке. Для контроля процесса и исследования физико-химических характеристик препрегов из полученных рулонов отбирали пробы размером 100*100 мм. Характеристики препрегов определяли по ГОСТ Р 56796-2015, ММ 1.595-11-138-2002 и ГОСТ Р 56755-2015.

Для испытаний свойств стеклопластиков ВПС-74/Т-64(ВМП)-78, ВПС-74 и углепластика ВКУ-70 из соответствующих препрегов ВСЭ-67/Т-64(ВМП)-78, ВСЭ-67/РВМПН10-1200-14 и ВСЭ-67/UMT49S-12К-EP методом выкладки собраны пакеты размером 300*300 мм со схемой армирования слоев [0°], из которых методом вакуум-автоклавного формования изготовлены плоские плиты. Для определения характеристик ПКМ из плит вырезали образцы, которые исследовали в соответствии с ГОСТ 15139-69, ГОСТ Р 56682-2015, ГОСТ Р 56753-2015, ГОСТ Р 56785-2015, ГОСТ Р 56812-2015, ГОСТ Р 56805-2015, ГОСТ Р 57745-2017, ГОСТ 32658-2014.

Работа выполнена с использованием оборудования ЦКП «Климатические испытания» НИЦ «Курчатовский институт» - ВИАМ.

Результаты и обсуждение

Весовую долю связующего в препрегах W^11 рассчитывали при объемной доле наполнителя Унап в ПКМ: 50 % - для стеклопластиков и 60 % - для углепластика. Полученные значения весовой доли связующего (табл. 2) обеспечивают бездефектную, беспористую структуру и высокий уровень характеристик ПКМ. Расчеты выполняли согласно формулам, приведенным в ГОСТ Р 56682-2015.

Таблица 2

Расчетные значения характеристик препрега_

Препрег Весовая доля связующего, % Масса 1 м2, г Поверхностная плотность пре-прега, г/м2 Толщина монослоя, мм (номинальное значение)

наполнителя пленки связующего

В СЭ-67/Т-64(ВМП) -78 38 100±5 58-64 153-169 0,09

ВСЭ-67/РВМПН10-1200-14 28 298±18 109-123 389-439 0,21

ВСЭ-67/иМТ498-12К-ЕР 35 127±7 65-72 184-206 0,125

При формовании ПКМ расплавные связующие в отличие от связующих на основе растворителя практически без потерь остаются внутри плиты (не вытекают неконтролируемо), поэтому расчетные значения весовой доли связующего в композите можно использовать для препрегов: Жспреп = WnM = WCB.

Режимы производства препрегов ВСЭ-67/Т-64(ВМП)-78, ВСЭ-67/РВМПН10-1200-14 и ВСЭ-67/ЦМТ498-12К-ЕР с выбранными весовыми параметрами исследовали на пропиточной установке. Принцип производства препрегов по технологии Hot Melt основан на предварительном равномерном нанесении (распределении) расплава связующего на поверхность подложки - антиадгезионной бумаги. Образующаяся из связующего пленка совмещается с полотном наполнителя путем трехступенчатого каландрирования при температурах, обеспечивающих хорошую пропитываемость наполнителя. Необходимое качество препрега достигается за счет плотного контакта между компонентами, что определяет уровень и стабильность свойств изделия из ПКМ [16].

Для выбора «правильных» режимов производства препрегов на пропиточной установке расплавным методом предварительно рассчитали массу 1 м2 пленок для связующего и препрегов, а также толщину одного слоя отвержденных препрегов.

Величину и интервалы допустимых значений массы 1 м2 пленки связующего для каждого материала определяли с учетом выбранных значений весовой доли связующего и массы 1 м2 наполнителя (учитывая возможные колебания значений этого показателя в пределах, указанных в технических условиях). Данный параметр позволил установить величины зазоров между поверхностями валов в узле распределения расплава связующего (коутеров) при нанесении на антиадгезионную бумагу.

Для контроля технологического процесса рассчитывали массу 1 м2 пленок пре-прегов, исходя из принятой весовой доли связующего (с учетом допустимых отклонений) и массы 1 м2 наполнителя.

Толщину одного слоя отвержденного препрега (среднее, или номинальное значение) [15] вычисляли с учетом выбранных значений объемной доли наполнителей в ПКМ и их поверхностной плотности (номинального значения по техническим условиям). При отработке технологии данный параметр позволил определить необходимые для качественной пропитки зазоры пропитывающих и калибрующих узлов установки.

С учетом полученных данных отработали режимы производства пленки связующего ВСЭ-67 на установке для пропитки препрегов. Для получения расчетного значения массы 1 м2 препрега корректировали зазор между поверхностями валов в узле распределения расплава связующего (коутеров). Качество пропитки отрабатывали, меняя зазоры в каландрах и ламинаторах, а также скорость пропитки наполнителей.

Характеристики препрегов, изготовленных по установленным технологическим режимам, представлены в табл. 3.

Таблица 3

Свойства препрегов на основе расплавного эпоксидного связующего ВСЭ-67

и наполнителей Т-64(ВМП)-78, РВМПН10-1200-14 и UMT49S-12R-EP_

Значения показателей для препрегов

Показатель ВСЭ-67/ ВСЭ-67/ ВСЭ-67/

Т-64(ВМП)-78 РВМПН10-1200-14 UMT49S-12K-EP

Весовая доля связующего, % 37-39 28-30 33-35

Масса 1 м2 наполнителя, г 101-103 295-300 127-129

Масса 1 м2 препрега, г 163-166 415-423 189-195

Время гелеобразования связующего 19 17 18

в препреге при температуре 130±2 °С, мин

Температура начала активной реакции отверждения, °С 155 149 151-152

Тепловой эффект отверждения связующего в препреге, Дж/г 154 162 96-97

Температура пика на кривых дифференциальной сканирующей калориметрии, °С 173 173 173-174

Показано, что разработанная технология позволяет изготавливать препреги ВСЭ-67/Т-64(ВМП)-78, ВСЭ-67/РВМПН10-1200-14 и ВСЭ-67/ЦМТ498-12К-ЕР с расчетными значениями весовой доли связующего и массы 1 м2 препрега.

Толщина монослоя и модуль упругости при растяжении композитов на основе полученных препрегов ВСЭ-67/Т-64(ВМП)-78, ВСЭ-67/РВМПН10-1200-14 и ВСЭ-67/иМТ49Б-12К-ЕР соответствуют предъявляемым требованиям (табл. 4).

Таблица 4

Свойства полимерных композиционных материалов ВПС-74, ВПС-74 и ВКУ-70 при температуре испытаний 20 °С_

Показатель Значения показателей для материалов

ВПС-74/Т-64(ВМП)-78 ВПС-74 ВКУ-70

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Толщина монослоя, мм 0,083-0,089 0,200-0,207 0,121-0,132

Температура стеклования полимерной О/-, матрицы, С 184-196 183-194 169-173

Плотность, г/см3 1,821-1,901 1,994-2,051 1,540-1,575

Предел прочности при растяжении, МПа 415-480 1690-1820 1750-2030

Модуль упругости при растяжении, ГПа 30,5-32,5 51,5-58,5 134-153

Относительное удлинение при разрыве, % 2,8-3,5 3,1-3,5 1,1-1,4

Предел прочности, МПа:

- при сжатии 610-800 1580-1750 1210-1310

- при изгибе 1020-1110 1850-2090 1450-1830

- при межслойном сдвиге 82-103 82-103 96-103

- при сдвиге в плоскости листа 81,5-93,0 77,5-81,0 85,0-88,0

Заключения

Исследованы препреги и ПКМ на основе расплавного связующего ВСЭ-67 и отечественных наполнителей: стеклоткани Т-64(ВМП)-78 конструкционного типа (на основе высокопрочных волокон марки ВМП), однонаправленного стеклоровинга РВМПН10-1200-14 и углеродного однонаправленного наполнителя UMT49S-12К-EP. Разработана технология изготовления препрегов с установленными весовыми параметрами. Уровень физико-механических характеристик ПКМ на основе полученных препрегов позволяет рекомендовать их для применения в лопастях перспективных вертолетов.

Список источников

1. Composites take off ... in some civil helicopters // CompositesWorld.com. URL: https://www.compositesworld.com/articles/composites-take-off-in-some-civil-helicopters (дата обращения: 22.07.2023).

2. Башаров Е.А., Вагин А.Ю. Анализ применения композиционных материалов в конструкции планеров вертолетов // Труды МАИ. 2017. № 92. С. 1-33.

3. Composites-intensive helicopter makes commercial debut // CompositesWorld.com. URL: https://www.compositesworld.com/news/composites-intensive-helicopter-makes-commercial-debut (дата обращения: 22.07.2023).

4. Weber T.A., Ruff-Stahl H.-J.K. Advances in Composite Manufacturing of Helicopter Parts // International Journal of Aviation, Aeronautics and Aerospace. 2017. Vol. 4. Is. 1. P. 1-33.

5. Kablov E.N., Erofeev V.T., Zotkina M.M., Dergunova A.V., Moiseev V.V., Rimshin V.I. Plasticized epoxy composites for manufacturing of composite reinforcement // Journal of Physics: Conference Series: International Conference on Engineering Systems 2020. 2020. Vol. 1687. P. 012031.

6. Каблов Е.Н. Роль фундаментальных исследований при создании материалов нового поколения // Тез. докл. XXI Менделеевского съезда по общей и прикладной химии: в 6 т. СПб., 2019. Т. 4. С. 24.

7. Онищенко Г.Г., Каблов Е.Н., Иванов В.В. Научно-технологическое развитие России в контексте достижения национальных целей: проблемы и решения // Инновации. 2020. № 6 (260). С. 3-16.

8. Гуняев Г.М., Сорина Т.Г., Хорошилова И.П., Румянцев А.Ф. Конструкционные эпоксидные углепластики // Авиационная промышленность. 1984. № 12. С. 2-16.

9. Белинис П.Г., Лукьяненко Ю.В., Рогожников В.Н., Цыкун Р.Г., Донецкий К.И. Конструкционная многослойная тканая преформа для изготовления фрагмента интегральной панели летательного аппарата // Авиационные материалы и технологии. 2023. № 3 (72). Ст. 09. URL: http://www.joumal.viam.ru (дата обращения: 29.08.2023). DOI: 10.18577/2713-0193-2023-0-3114-124.

10. Антипов В.В., Сомов А.В., Сидельников В.В., Нефедова Ю.Н., Огурцов П.С., Соловьев В.А. Технологические особенности формообразования огнестойкого легкого слоистого материала для изготовления капота двигателя вертолета // Авиационные материалы и технологии. 2023. № 3 (72). Ст. 07. URL: http://www.journal.viam.ru (дата обращения: 29.08.2023). DOI: 10.18577/2713-0193-2023-0-3-90-100.

11. Старцев В.О., Антипов В.В., Славин А.В., Горбовец М.А. Современные отечественные полимерные композиционные материалы для авиастроения (обзор) // Авиационные материалы и технологии. 2023. № 2 (71). Ст. 10. URL: http://www.journal.viam.ru (дата обращения: 29.08.2023). DOI: 10.18577/2713-0193-2023-0-2-122-144.

12. Завалов О.А. Конструкция несущих и рулевых винтов вертолетов. М.: МАИ, 2001. 72 с.

13. Попов Ю.О., Колокольцева Т.В., Гусев Ю.А., Громова А.А. Разработка конструктивно -технологического решения листового стеклопластика для обшивок хвостовых отсеков лопасти несущего винта вертолета // Труды ВИАМ. 2016. № 1 (37). Ст. 05. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 28.07.2023). DOI: 10.18577/2307-6046-2016-0-136-41.

14. Мийченко И.П. Технология полуфабрикатов полимерных материалов. СПб.: НОТ, 2012. 374 с.

15. Composite Materials Handbook-17. SAE International, 2012. Vol. 1: Polymer matrix composites guidelines for characterization of structural materials. P. 96.

16. Колокольцева Т.В., Попов Ю.О., Усачева М.Н., Громова А.А. Препреги и стеклопластики на основе связующего ВСР-3М и стеклотканей для применения в составе конструкций лопастей вертолетов // Труды ВИАМ. 2022. № 3 (109). Ст. 03. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 27.07.2023). DOI: 10.18577/2307-6046-2022-0-3-27-34.

References

1. Composites take off ... in some civil helicopters. Available at: https://www.compositesworld.com/articles/composites-take-off-in-some-civil-helicopters (accessed: July 22, 2023).

2. Basharov E.A., Vagin A.Yu. Analysis of the use of composite materials in the design of helicopter airframes. Trudy MAI, 2017, no. 92, pp. 1-33.

3. Composites-intensive helicopter makes commercial debut. CompositesWorld.com. Available at: https://www.compositesworld.com/news/composites-intensive-helicopter-makes-commercial-debut (accessed: July 22, 2023).

4. Weber T.A., Ruff-Stahl H.-J.K. Advances in Composite Manufacturing of Helicopter Parts. International Journal of Aviation, Aeronautics and Aerospace, 2017, vol. 4, is. 1, pp. 1-33.

5. Kablov E.N., Erofeev V.T., Zotkina M.M., Dergunova A.V., Moiseev V.V., Rimshin V.I. Plasti-cized epoxy composites for manufacturing of composite reinforcement. Journal of Physics: Conference Series: International Conference on Engineering Systems 2020, 2020, vol. 1687, p. 012031.

6. Kablov E.N. The role of fundamental research in the creation of new generation materials. Reports XXI Mendeleev Congress on General and Applied Chemistry: in 6 vol. St. Petersburg, 2019, vol. 4, p. 24.

7. Onishchenko G.G., Kablov E.N., Ivanov V.V. Scientific and technological development of Russia in the context of achieving national goals: problems and solutions. Innovatsii, 2020, no. 6 (260), pp. 3-16.

8. Gunyaev G.M., Sorina T.G., Khoroshilova I.P., Rumyantsev A.F. Structural epoxy carbon fiber reinforced plastics. Aviatsionnaya promyshlennost, 1984, no. 12, pp. 2-16.

9. Belinis P.G., Lukyanenko Yu.V., Rogozhnikov V.N., Tsykun R.G., Donetskiy K.I. Design research on a constructural multilayer woven preform of an integral panel fragment for aircraft. Aviation materials and technologies, 2023, no. 3 (72), paper no. 09. Available at: http://www.journal.viam.ru (accessed: August 29, 2023). DOI: 10.18577/2713-0193-2023-0-3114-124.

10. Antipov V.V., Somov A.V., Sidelnikov V.V., Nefedova Yu.N., Ogurtsov P.S., Soloviev V.A. Technological features of shaping fire-resistant light laminated material for helicopter engine hood manufacturing. Aviation materials and technologies, 2023, no. 3 (72), paper no. 07. Available at: http://www.journal.viam.ru (accessed: August 29, 2023). DOI: 10.18577/2713-0193-2023-0-3-90100.

11. Startsev V.O., Antipov V.V., Slavin A.V., Gorbovets M.A. Modern domestic polymer composite materials for aviation industry (review). Aviation materials and technologies, 2023, no. 2 (71), paper no. 10. Available at: http://www.journal.viam.ru (accessed: August 29, 2023). DOI: 10.18577/2713-0193-2023-0-2-122-144.

12. Zavalov O.A. Design of helicopter rotors and tail rotors. Moscow: MAI, 2001, 72 p.

13. Popov Y.O., Kolokolceva T.V., Gusev Y.A., Gromova A.A. Development of the constructive and technological solution for a sheet fibreglass for tail section skins of helicopter rotor blades. Trudy VIAM, 2016, no. 1 (37), paper no. 05. Available at: http://www.viam-works.ru (accessed: July 28, 2023). DOI: 10.18577/2307-6046-2016-0-1-42-49.

14. Miychenko I.P. Technology of semi-finished polymer materials. St. Petersburg: NOT, 2012. 374 p.

15. Composite Materials Handbook-17. SAE International, 2012. Vol. 1: Polymer matrix composites guidelines for characterization of structural materials, p. 96.

16. Kolokoltseva T.V., Popov Yu.O., Usacheva M.N., Gromova A.A. Prepregs and fiberglass based on VSR-3M binder and fiberglass fabrics for use in helicopter blades. Trudy VIAM, 2018, no. 3 (109), paper no. 03. Available at: http://www.viam-works.ru (accessed: July 27, 2023). DOI: 10.18577/2307-6046-2022-0-3-27-34.

Информация об авторах

Колокольцева Татьяна Вениаминовна, ведущий инженер-технолог, НИЦ «Курчатовский институт» - ВИАМ, [email protected] Попов Юрий Олегович, ведущий инженер, НИЦ «Курчатовский институт» - ВИАМ, [email protected]

Усачева Мария Николаевна, инженер, НИЦ «Курчатовский институт» - ВИАМ, [email protected]

Громова Анна Анатольевна, заместитель начальника лаборатории, НИЦ «Курчатовский институт» - ВИАМ, [email protected]

Information about the authors

Tatyana V. Kolokoltseva, Leading Engineer-technologist, NRC «Kurchatov Institute» - VIAM, [email protected]

Yuri O. Popov, Leading Engineer, NRC «Kurchatov Institute» - VIAM, [email protected]

Maria N. Usacheva, Engineer, NRC «Kurchatov Institute» - VIAM, [email protected]

Anna A. Gromova, Deputy Head of Laboratory, NRC «Kurchatov Institute» - VIAM, [email protected]

Статья поступила в редакцию 26.09.2023; одобрена и принята к публикации после рецензирования 06.10.2023.

The article was submitted 26.09.2023; approved and accepted for publication after reviewing 06.10.2023.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.