RU2723856C1

RU2723856C1 - Method of making composite bumper for ground vehicle

Info

Publication number: RU2723856C1
Application number: RU2019136328A
Authority: RU
Inventors: Алексей Алексеевич Яновский
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью «АЛ-СЕРВИС»
Priority date: 2019-11-12
Filing date: 2019-11-12
Publication date: 2020-06-17

Abstract

FIELD: machine building.SUBSTANCE: invention relates to machine building, in particular, to motor industry, and can be used in making structural components of ground vehicles, including trucks and buses, such as vehicles bumpers, having protective function, decorative design function. Method of making bumper consists in forming a model, coating the model with a separating agent, applying a number of layers of prepreg from basalt fabric onto the model, applying a perforated film and then absorbing layer. Then model is placed with layers of prepreg in vacuum bag and pump is connected. Model is placed in the furnace under influence of temperature and pressure. First, it is heated in furnace to 75 °C at article heating rate of 1.5–2 °C/minute and held at this temperature for 30 minutes. Then it is further heated to 120 °C at heating rate of 1.5 °C/minute, with holding at temperature of 120 °C for 30 minutes. After that, it is cooled at a rate of not more than 3 °C/minute to ambient temperature. Further, model with made bumper is cooled down. All operations provide creation of vacuum from 0.8 to 0.99 atm. Finished bumper is subjected to machining.EFFECT: obtaining an article having improved strength characteristics with considerable (up to 40 %) weight reduction.1 cl

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности, автомобилестроения, и может быть использовано при изготовлении конструктивных элементов наземных транспортных средств, в том числе грузовых и автобусов, таких как бамперы транспортных средств, выполняющие защитную функцию, функцию декоративного дизайна.The invention relates to the field of engineering, in particular the automotive industry, and can be used in the manufacture of structural elements of land vehicles, including trucks and buses, such as bumpers of vehicles that perform a protective function, a decorative design function.

Из уровня техники известны новые поколения композитных материалов, применяемых в автомобильной промышленности, выполненных из волокон, в качестве которых используют стекловолокно, углеродное волокно, базальтовое волокно, органическое волокно, полиэфирное волокно, параарамидное волокно, метаарамидное волокно, полиакрилонитирильное волокно, и связующих, в качестве которых используют эпоксидное связующее, полиэфирное связующее, винилэфирное связующее, связующее на основе полиуретана, связующее на основе термопластов, связующее на основе эластомеров, кремнийорганическое связующее. Подобные материалы начинают получать широкое распространение при изготовлении различных элементов транспортных средств, поскольку они обладают рядом преимуществ по отношению к традиционным материалам (металлам), такими как прочность при растяжении, низкий вес, коррозионная стойкость, теплоизолирующие свойства, срок службы. From the prior art, new generations of composite materials used in the automotive industry made of fibers are known, which are fiberglass, carbon fiber, basalt fiber, organic fiber, polyester fiber, para-aramid fiber, meta-aramide fiber, polyacrylonitrile fiber, and binders, as which use an epoxy binder, a polyester binder, a vinyl ester binder, a polyurethane-based binder, thermoplastics-based binder, elastomer-based binder, and an organosilicon binder. Such materials begin to be widely used in the manufacture of various vehicle components, since they have several advantages over traditional materials (metals), such as tensile strength, low weight, corrosion resistance, heat-insulating properties, and service life.

Панели или более сложные функциональные элементы, например, в автомобильной и аэрокосмической промышленностях могут быть произведены с помощью любой из технологий изготовления, известных в уровне техники, таких как трансферное формование пластмасс (RTM), компрессионное прессование, формование методом вакуумного мешка, автоклавное формование, формование намоткой волокон и т.п.Panels or more complex functional elements, for example, in the automotive and aerospace industries can be produced using any of the manufacturing techniques known in the art, such as plastic transfer molding (RTM), compression molding, vacuum bag molding, autoclave molding, molding winding fibers, etc.

Известен композитный бампер наземного транспортного средства, выполненный из рубленого волокна и связующего методом длинноволоконной инжекции, при этом прочность локальных участков задана плотностью композитного материала. При этом плотность композитного материала может быть задана варьированием длины и содержанием волокна. Так, плотность может находиться в диапазоне 0,5-2,0 г/см³. Кроме того, длина волокна может составлять от 5 до 50 мм, а содержание волокна может составлять от 5 до 50%. При этом, в качестве волокна может быть использовано стекловолокно, и/или углеродное, и/или базальтовое, и/или органическое, и/или полиэфирное, и/или параарамидное, и/или метаарамидное, и/или полиакрилонитирильное волокно.Known composite bumper of a land vehicle made of chopped fiber and a binder by the method of long fiber injection, while the strength of the local sections is set by the density of the composite material. The density of the composite material can be set by varying the length and fiber content. So, the density may be in the range of 0.5-2.0 g / cm ³ . In addition, the fiber length can be from 5 to 50 mm, and the fiber content can be from 5 to 50%. At the same time, fiberglass and / or carbon and / or basalt and / or organic and / or polyester and / or para-aramid and / or meta-aramid and / or polyacrylonitrile fibers can be used as fiber.

Кроме того, в качестве связующего может быть использовано связующее на основе полиуретана, и/или связующее на основе термопластов, и/или связующее на основе эластомеров, и/или кремнийорганическое связующее, и/или эпоксидное связующее, и/или полиэфирное связующее, и/или винилэфирное связующее (аналог см. патент РФ № 168680, МПК B60R 19/03 (2006.01), от 2017 г.).In addition, a binder based on polyurethane, and / or a binder based on thermoplastics, and / or a binder based on elastomers, and / or an organosilicon binder, and / or an epoxy binder, and / or a polyester binder, and / or a vinyl ester binder (for an analogue, see RF patent No. 168680, IPC B60R 19/03 (2006.01), from 2017).

Недостатком является: дорогие и сложные формы, сложность процесса, необходимость иметь инжекционное оборудование.The disadvantage is: expensive and complex forms, the complexity of the process, the need to have injection equipment.

Широкий ассортимент изделий производственно-технического назначения, изготавливаемых из полимерных композиционных материалов (ПКМ), предполагает наличие многих технологических приемов и способов их производства, учитывающих размеры и назначение изделий, объемы производства и условия эксплуатации, конфигурацию изделия, квалификацию и оснащенность производителя и т.д., и т.п. Один из основных технологических приемов переработки рассматриваемой группы композиционных материалов в готовые промышленные изделия, это формование из препрегов и премиксов.A wide range of products for industrial purposes, made from polymer composite materials (PCM), suggests the presence of many technological methods and methods of their production, taking into account the size and purpose of the products, production volumes and operating conditions, product configuration, qualifications and equipment of the manufacturer, etc. ., etc. One of the main technological methods for processing the considered group of composite materials into finished industrial products is molding from prepregs and premixes.

Препреговая технология на протяжении многих лет является основой производства многих материалов, изделий и конструкций.Over the years, prepreg technology has been the basis for the production of many materials, products and structures.

Препрег – это полуфабрикат композиционного материала, состоящий из волокнистого армирующего наполнителя и нанесённого с двух сторон связующего. Используют в первую очередь армирующий наполнитель из стеклянных и углеродных волокон. Связующее может иметь эпоксидную основу (или другой реактопласт, например, фенольное связующее), может быть изготовлено на основе термопластов – полиэтилена или ПЭТФ. В зависимости от связующего, препрег может быть мягким и липким (эпоксидная основа) или жёстким и скользким (ПЭТФ).A prepreg is a semi-finished composite material consisting of a fibrous reinforcing filler and a binder applied on both sides. First of all, reinforcing filler of glass and carbon fibers is used. The binder can have an epoxy base (or another thermoset, for example, a phenolic binder), can be made on the basis of thermoplastics - polyethylene or PET. Depending on the binder, the prepreg can be soft and sticky (epoxy base) or hard and slippery (PET).

Существует несколько методов изготовления препрега. Самый передовой и удобный – пропитка волокнистого материала расплавом связующего или расплавный метод. Таким образом на текущий момент изготавливают большую часть препрегов. Ещё один метод – пропитка раствором связующего и дальнейшая сушка. Несмотря на устаревшую и низкоэкологичную технологию, таким образом всё ещё изготавливается значительная часть препрегов. Существуют и другие технологии изготовления препрегов.There are several methods for making a prepreg. The most advanced and convenient is the impregnation of the fibrous material with a binder melt or a melt method. Thus, at the moment, most of the prepregs are made. Another method is impregnation with a binder solution and further drying. Despite the outdated and low-environmental technology, a significant portion of the prepregs are still manufactured in this way. There are other techniques for making prepregs.

Наибольшее распространение имеют препреги на основе высоковязких эпоксидных смол, изготовленные методом пропитки расплавом. Такой материал имеет вид двусторонней клейкой ленты с защитными плёнками с одной или двух сторон. Различные другие виды препрегов обычно применяют в специализированных областях.The most widespread are prepregs based on high viscosity epoxy resins made by melt impregnation. Such material has the appearance of double-sided adhesive tape with protective films on one or two sides. Various other types of prepregs are commonly used in specialized fields.

Процесс изготовления детали из препрега сводится к выкраиванию слоя заданной конфигурации препрега по шаблону или на режущем плоттере с дальнейшей выкладкой препрега на оснастку слой за слоем. После набора необходимой толщины деталь либо подвергается непосредственному формованию в прессе, либо производится сборка вакуумного мешка и дальнейшее формование в термошкафу или автоклаве.The process of manufacturing a part from prepreg is reduced to cutting out a layer of a given configuration of the prepreg according to the template or on a cutting plotter with further laying out of the prepreg on a snap layer by layer. After the necessary thickness has been set, the part is either directly molded in the press, or the vacuum bag is assembled and further molded in a heating cabinet or autoclave.

Изделия из КМ для указанных целей изготавливаются либо в одну стадию (после пропитки связующими волокнистых наполнителей сразу идут формирование изделия и отверждение под воздействием высоких температур), либо в две стадии (через стадию препрегов, когда изделие формируется из препрегов, а затем для доотверждения подвергается воздействию высоких температур). Обычно для изготовления сложных изделий более удобным является использование препрегов с большой жизнеспособностью, благодаря чему у таких материалов длительное время сохраняются липкость и способность к переработке.KM products for these purposes are made either in one stage (after the fillers impregnate the fillers with binders, they immediately form the product and cure under the influence of high temperatures), or in two stages (through the prepreg stage, when the product is formed from prepregs and then exposed to curing) high temperatures). Usually for the manufacture of complex products it is more convenient to use prepregs with great viability, due to which such materials retain stickiness and processability for a long time.

В последнее время широкое распространение получает базальтовый композит, его достоинством является то, что он отлично работает с обычными смолами, применяемыми при изготовлении изделий, но пропитывается намного лучше, чем карбон. Recently, a basalt composite has become widespread, its advantage is that it works perfectly with conventional resins used in the manufacture of products, but it is much better impregnated than carbon.

https://basalt.today/ru/2017/04/10491/https://basalt.today/ru/2017/04/10491/

Базальт - это темно-серые или черные, плотные, среднезернистые вулканические породы. Базальтовое волокно представляет собой 100% неорганическое минеральное непрерывное волокно, которое было выпущено для гражданского использования только в 1995 году. Размеры диаметра 11,0 мкм гарантируют наилучший компромисс между стабильностью, долговечностью и стоимостью. Кроме того, волокно имеет натуральный золотисто-коричневый цвет, который может быть использован в декоративных целях. Basalt is a dark gray or black, dense, medium-grained volcanic rock. Basalt fiber is a 100% inorganic mineral continuous fiber that was released for civilian use only in 1995. A diameter of 11.0 microns guarantees the best compromise between stability, durability and cost. In addition, the fiber has a natural golden brown color, which can be used for decorative purposes.

Известен способ изготовления и конструкция сэндвич-панели. Данная конструкция сэндвич-панели, включает в себя внутренний материал сердцевины, имеющего первую и вторую противоположные поверхности, первую и вторую облицовочные пленки, соответственно связанные с первой и второй противоположными поверхностями сердцевины, при этом панель включает в себя открыто-структурированную пленку, введенную между первой поверхностью сердцевины и соответствующей ей облицовочной пленкой, и панель включает в себя меньше 200 г/кв. м клея. Один из вариантов конструкции предполагает использование в качестве облицовочных слоев препрега (см. патент на изобретение РФ №2545370, МПК B32B 3/12 (2006.01), 2015 г).A known method of manufacture and design of a sandwich panel. This design of the sandwich panel includes an inner core material having first and second opposite surfaces, first and second cladding films respectively associated with first and second opposite surfaces of the core, the panel including an open-structured film inserted between the first the surface of the core and its corresponding cladding film, and the panel includes less than 200 g / sq. m of glue. One design option involves the use of a prepreg as facing layers (see patent for the invention of the Russian Federation No. 2545370, IPC B32B 3/12 (2006.01), 2015).

Недостатками известного способа являются:The disadvantages of this method are:

- прочностные качества сэндвич-панели ограничиваются низкими механическими характеристиками сердцевины;- the strength properties of the sandwich panel are limited by the low mechanical characteristics of the core;

- высокие показатели горючести материалов сердцевины.- high flammability of core materials.

Из источников доступных в Интернете известно формование изделий из препрегов, которое происходит следующим образом:From sources available on the Internet, molding of products from prepregs is known, which occurs as follows:

- производится форма или модель будущей детали из различных материалов (гипс, дерево и т.д.);- the shape or model of the future part is made from various materials (gypsum, wood, etc.);

— на данную форму накладывают необходимое количество слоев препрега;- on this form impose the required number of layers of the prepreg;

— помещают это все в автоклав, и под воздействием высокого давления и температуры осуществляется отверждение препрега;- put it all in an autoclave, and under the influence of high pressure and temperature, the prepreg is cured;

— отвержденное изделие подвергают отделке и зачистке.- the cured product is subjected to finishing and stripping.

Часто при этом дополнительно используют и вакуумный мешок, это менее безопасно, но имеет ряд преимуществ. Often, a vacuum bag is also used in addition, it is less safe, but has several advantages.

Вакуумный Мешок можно использовать и без автоклава, если поместить все в вакуумный мешок и создать внешнее давление, то мешок равномерно прижмет препрег к форме. Это как поместить деталь в пакет и выкачать из него воздух. Такое формование имеет название формование с помощью вакуумного мешка.A vacuum bag can be used without an autoclave, if everything is placed in a vacuum bag and external pressure is created, the bag will evenly press the prepreg against the mold. It's like putting a part in a bag and pumping air out of it. This molding is called vacuum bag molding.

Весь процесс можно разделить на 6 этапов:The whole process can be divided into 6 stages:

• Покрытие формы разделительным веществом (воск, грунтовка и т.д.).• Coating the mold with a release agent (wax, primer, etc.).

• Раскладывание абсолютно ровно углеткани в форме без морщин, пузырей и других дефектов.• Unfolding absolutely evenly carbon fabric in the form without wrinkles, bubbles and other defects.

• Каждый слой пропитывается смолой. Слои можно чередовать со стеклотканью, базальтовой тканью и другими композиционными материалами.• Each layer is impregnated with resin. Layers can be alternated with fiberglass, basalt fabric and other composite materials.

• Укладка перфорированной пленки для отжима смолы и воздуха.• Laying a perforated film for squeezing resin and air.

• Укладывается впитывающий слой.• The absorbent layer is laid.

• Размещение в вакуумном мешке и подключение насоса.• Placing in a vacuum bag and connecting the pump.

(см. публикацию - http://vys-tech.ru/2017/08/24/detali-iz-karbona/). Данное решение принято за прототип. (see publication - http://vys-tech.ru/2017/08/24/detali-iz-karbona/). This decision was made as a prototype.

Недостатком известного способа является то, что при известности общих этапов получения композитных изделий для автомобильной промышленности, изготовление каждого изделия имеет свои специфические режимы неуказанные в описании, а значит не подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанной информации без дополнительного изобретательства.The disadvantage of this method is that when the general stages of obtaining composite products for the automotive industry are known, the manufacture of each product has its own specific modes not specified in the description, and therefore the possibility of its implementation using the above information without additional invention is not confirmed.

Техническая проблема, решаемая изобретением - получение формуемого композитного бампера с локальными участками заданной прочности, при этом плотность должна находиться в диапазоне 0,5-2,0 г/см.The technical problem solved by the invention is to obtain a molded composite bumper with local sections of a given strength, while the density should be in the range of 0.5-2.0 g / cm.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе изготовления композитного бампера для наземного транспортного средства, заключающемся в формировании модели, покрытии модели разделительным веществом, накладывании на модель необходимого количества слоев препрега, накладывании перфорированной пленки и затем впитывающего слоя, размещении в вакуумном мешке и подключении насоса, с последующим размещением изделия в печи под воздействие температуры и давления, и дальнейшим охлаждением и механической обработкой изделия, The specified technical result is achieved in that in the known method of manufacturing a composite bumper for a land vehicle, which consists in forming a model, covering the model with a release agent, applying the required number of prepreg layers to the model, applying a perforated film and then an absorbent layer, placing it in a vacuum bag and connecting pump, followed by placement of the product in the furnace under the influence of temperature and pressure, and further cooling and machining of the product,

согласно изобретениюaccording to the invention

используют препрег из базальтовой ткани, сначала нагревают в печи до 75°C при скорости нагрева изделия 1,5-2 °C/минуту и выдерживают при этой температуре в течении 30 минут, затем производят последующий нагрев до 120°C со скоростью нагрева 1,5°C/минуту, с выдержкой при температуре 120°C в течении 30 минут, после чего охлаждают со скоростью не более чем 3°C/минуту до температуры окружающей среды, причем обеспечивают создание вакуума во время всего цикла нагрева, отверждения и охлаждения от 0,8 до 0,99 атм.use a prepreg made of basalt fabric, first they heat it in an oven to 75 ° C at a heating rate of 1.5-2 ° C / minute and maintain it at this temperature for 30 minutes, then produce subsequent heating to 120 ° C with a heating rate of 1, 5 ° C / minute, with exposure at a temperature of 120 ° C for 30 minutes, after which it is cooled at a speed of no more than 3 ° C / minute to ambient temperature, and they ensure the creation of vacuum during the entire cycle of heating, curing and cooling from 0.8 to 0.99 atm.

Используют базальтовый препрег плотностью плетения 240g/m2 с содержанием эпоксидной смолы в препреге в количестве 42%.Use a basaltic prepreg with a weaving density of 240g / m2 with an epoxy content of prepreg in the amount of 42%.

Технический результат от использования всех существенных признаков изобретения заключается в получении изделия, имеющего повышенные прочностные характеристики при значительном (до 40% ) снижении веса.The technical result from the use of all the essential features of the invention is to obtain a product having increased strength characteristics with a significant (up to 40%) weight reduction.

Использование при изготовлении бампера препрега из базальтовой ткани, нагревание изделия в печи до 75°C при скорости нагрева 1,5-2°C/минуту, с последующей выдержкой при этой температуре в течении 30 минут, дальнейшее нагревание до 120°C со скоростью 1,5°C/минуту и выдержка при температуре 120°C в течении 30 минут, затем охлаждение изделия со скоростью не более чем 3°C/минуту до температуры окружающей среды, при создании вакуума во время всего цикла нагрева, отверждения и охлаждения формы от 0,8 до 0,99 атм, позволяет получить изделие, имеющее повышенные прочностные характеристики при значительном (до 40% ) снижении веса.The use of a prepreg of basalt fabric in the manufacture of a bumper, heating the product in an oven to 75 ° C at a heating rate of 1.5-2 ° C / min, followed by exposure at this temperature for 30 minutes, further heating to 120 ° C at a speed of 1 , 5 ° C / minute and holding at a temperature of 120 ° C for 30 minutes, then cooling the product at a speed of no more than 3 ° C / minute to ambient temperature, while creating a vacuum during the entire cycle of heating, curing and cooling the mold from 0.8 to 0.99 atm, allows you to get a product that has increased strength characteristics with a significant (up to 40%) weight reduction.

Использование препрега из базальтовой ткани, обладающего улучшенными впитывающими свойствами (https://basalt.today/ru/2017/04/10491/) позволяет при пониженной температуре и сокращенном времени теплового воздействия получить изделие с необходимыми физико-техническими характеристиками – повышенной прочностью и уменьшенным весом.The use of a prepreg made of basalt fabric with improved absorbent properties (https://basalt.today/ru/2017/04/10491/) allows you to obtain a product with the necessary physical and technical characteristics - increased strength and reduced temperature at a reduced temperature and reduced heat exposure time. weight.

Нагрев изделия из базальтового препрега в печи со скоростью 1,5-2 °C/минуту, до температуры 75°C и дальнейшая 30 мин. выдержка при этой температуре при воздействии на изделие вакуума от 0,8 до 0,99 атм. способствует распределению связующего (смолы) по всей поверхности и проникновению его в слои базальтового препрега для обеспечения надежной связи их между собой.Heating the product from basaltic prepreg in the furnace at a speed of 1.5-2 ° C / min, to a temperature of 75 ° C and a further 30 minutes holding at this temperature when exposed to a vacuum product from 0.8 to 0.99 ATM. promotes the distribution of the binder (resin) over the entire surface and its penetration into the layers of the basaltic prepreg to ensure reliable communication between them.

Последующий нагрев изделия из базальтового препрега при воздействии на изделие вакуума от 0,8 до 0,99 атм. до 120°C со скоростью нагрева 1,5°C/минуту, с выдержкой при температуре 120°C в течении 30 минут способствует отверждению всех слоев базальтового препрега со связующим и образованию прочного соединения слоев базальтового препрега с образованием монолита.Subsequent heating of the product from basaltic prepreg when exposed to vacuum from 0.8 to 0.99 atm. up to 120 ° C with a heating rate of 1.5 ° C / min, with exposure at a temperature of 120 ° C for 30 minutes, it contributes to the curing of all layers of basalt prepreg with a binder and the formation of a strong connection of layers of basalt prepreg with the formation of a monolith.

Дальнейшее охлаждение при воздействии на изделие вакуума от 0,8 до 0,99 атм., не быстрее чем 3°C/минуту, до температуры окружающей среды позволяет обеспечить постепенное охлаждение детали в форме, предотвращая деформацию геометрии как самой формы, так и детали в ней.Further cooling when the product is exposed to vacuum from 0.8 to 0.99 atm., Not faster than 3 ° C / min, to the ambient temperature allows gradual cooling of the part in the mold, preventing deformation of the geometry of both the mold itself and the part in her.

Давление вакуума во время всего цикла нагрева, отверждения и охлаждения изделия составляющее – 0,8 до 0,99 атм. способствует удалению воздушных (летучих) частиц из структуры препрега и из полости вакуумного мешка в целом, что обеспечивает высокое качество соединения всех слоев препрега между собой, без образования воздушных пузырей.Vacuum pressure during the entire cycle of heating, curing and cooling of the product is 0.8 to 0.99 atm. helps to remove air (volatile) particles from the prepreg structure and from the cavity of the vacuum bag as a whole, which ensures high quality of the connection of all layers of the prepreg with each other, without the formation of air bubbles.

При нагреве со скоростью менее 1,5°C/минуту, например, даже со скоростью 1,3°C/минуту, смола, которой пропитан препрег, не затвердеет во время, тем самым выйдет за пределы ткани и деталь получится некачественной, с низкими физико-механическими свойствами.When heated at a rate of less than 1.5 ° C / minute, for example, even at a speed of 1.3 ° C / minute, the resin impregnated with the prepreg does not harden in time, thereby going beyond the fabric and the part will turn out to be of poor quality, with low physical and mechanical properties.

При нагреве со скоростью более 2 °C/минуту, например, 3 градуса в минуту, смола, которой пропитан препрег, не успеет распределится по всей поверхности до отверждения, тем самым деталь получится некачественной, с низкими физико-механическими свойствами. When heated at a speed of more than 2 ° C / minute, for example, 3 degrees per minute, the resin impregnated with the prepreg will not have time to spread over the entire surface before curing, thereby the part will turn out to be of poor quality, with low physical and mechanical properties.

Способ изготовления композитного бампера из базальтового препрега (базальтовая ткань плотностью плетения 240g/m2 с содержанием эпоксидной смолы в количестве 42%) состоит из следующих основных этапов: A method of manufacturing a composite bumper from basalt prepreg (basalt fabric with a weaving density of 240g / m2 with an epoxy content of 42%) consists of the following main steps:

1) Подготовка модели (формы). На модель наносится специальный высокотемпературный разделительный состав.1) Preparation of the model (form). A special high-temperature release agent is applied to the model.

2) Раскрой препрега. Раскрой может производится как ручным способом, так и автоматизированным при помощи раскроечной установки.2) Cut the prepreg. Cutting can be done either manually or automated using a cutting machine.

3) На модель накладывают необходимое число слоев препрега, выравнивая каждый слой для предотвращения появления морщин и заломов.3) The required number of prepreg layers is applied to the model, aligning each layer to prevent wrinkles and creases.

4) По верх последнего слоя препрега укладывают неперфорированную разделительную пленку.4) An unperforated release film is placed on top of the last layer of the prepreg.

5) Далее укладывают впитывающий (дренажный) слой. Дренажный слой должен соединяться с выходами вакуумного насоса, где локально должны быть уложены два или три дополнительных слоя дренажного материала.5) Next, an absorbent (drainage) layer is laid. The drainage layer must be connected to the outlets of the vacuum pump, where two or three additional layers of drainage material must be laid locally.

6) Далее модель с уложенными слоями препрега герметизируют вакуумным мешком. По периметру модель оклеивают высокотемпературным герметизирующим жгутом и накрывают высокотемпературной вакуумной пленкой. В вакуумный мешок вставляют трубку, соединенную с вакуумным насосом на котором должен быть установлен вакуумметр, либо дополнительно вставляют вторую трубку в мешок и подводят ее к вакуумметру.6) Next, the model with the prepreg layers laid is sealed with a vacuum bag. Around the perimeter, the model is pasted over with a high-temperature sealing tape and covered with a high-temperature vacuum film. A tube connected to a vacuum pump on which a vacuum gauge is to be installed is inserted into the vacuum bag, or a second tube is additionally inserted into the bag and brought to the vacuum gauge.

7) Далее создают вакуум для проверки герметичности мешка и, если герметичность достигнута, помещают модель в печь. Рекомендуется держать вакуум во время всего цикла отверждения, даже во время охлаждения формы. Желательно использовать наибольший вакуум – 0,99 атм.7) Next, create a vacuum to check the tightness of the bag and, if the tightness is achieved, place the model in the oven. It is recommended that a vacuum be maintained during the entire curing cycle, even during mold cooling. It is advisable to use the highest vacuum - 0.99 atm.

8) Начинают нагрев. Скорость нагрева выдерживают в пределах 1,5-2 °C/минуту. При такой скорости нагревают до 75°C. Последовательно изготавливали несколько партий изделий. Осуществление способа в части данной операции описано далее для каждой партии.8) Start heating. The heating rate is maintained in the range of 1.5-2 ° C / minute. At this speed, they are heated to 75 ° C. Consistently made several batches of products. The implementation of the method in part of this operation is described below for each batch.

8.1. Первую партию в количестве 10 шт. изготавливали при первичном нагреве до 75°C со скоростью 1,5°C/минуту.8.1. The first batch of 10 pcs. made by primary heating to 75 ° C at a rate of 1.5 ° C / min.

8.2. Вторую партию в количестве 10 шт. изготавливали при первичном нагреве до 75°C со скоростью 1,8°C/минуту.8.2. The second batch of 10 pcs. produced by primary heating to 75 ° C at a rate of 1.8 ° C / min.

8.3. Третью партию в количестве 10 шт. изготавливали при первичном нагреве до 75°C со скоростью 2°C/минуту.8.3. The third batch in the amount of 10 pcs. made by primary heating to 75 ° C at a rate of 2 ° C / min.

Последующие операции проводили для всех партий в одинаковой последовательности и с одинаковыми режимами. Subsequent operations were performed for all parties in the same sequence and with the same modes.

9) После нагрева до 75°C выдерживали при этой температуре в течении 30 минут.9) After heating to 75 ° C, was kept at this temperature for 30 minutes.

10) Далее производили нагрев до 120°C, со скоростью нагрева 1,5°C/минуту.10) Next, heating was carried out to 120 ° C, with a heating rate of 1.5 ° C / minute.

11) При температуре 120°C производили выдержку в печи в течении 30 минут. 11) At a temperature of 120 ° C, exposure was carried out in an oven for 30 minutes.

12) Затем остужали форму, не быстрее чем 3°C/минуту.12) Then cooled the form, not faster than 3 ° C / minute.

13) После того как модель с изготовленным бампером остынут, бампер снимают с модели.13) After the model with the manufactured bumper has cooled, the bumper is removed from the model.

14) Далее производят механическую обработку изготовленного бампера. А именно, в нем фрезеруют технологические отверстия и приклеивают технологические кронштейны и крепления.14) Next, the manufactured bumper is machined. Namely, technological holes are milled in it and technological brackets and fasteners are glued.

Препреги – это композиционные материалы-полуфабрикаты. Их получают путем пропитки армирующей волокнистой основы равномерно распределенными полимерными связующими. Пропитка осуществляется таким образом, чтобы максимально реализовать физико-химические свойства армирующего материала. Препреговая технология позволяет получить монолитные изделия сложной формы при минимальной инструментальной обработке.Prepregs are semi-finished composite materials. They are obtained by impregnating a reinforcing fiber base with uniformly distributed polymer binders. Impregnation is carried out in such a way as to maximize the physicochemical properties of the reinforcing material. Prepreg technology allows you to get monolithic products of complex shape with minimal tooling.

Полученный композитный бампер из базальтового препрега, имеет локальные участки с заданной прочностью. Так локальными участками с повышенной прочностью являются ребра жесткости и уклоны, задающие общую прочность конструкции, и используемые для крепления к ним осветительных приборов, а также для крепления к кузову транспортного средства с помощью крепежных элементов.The resulting composite bumper from basalt prepreg has local sections with a given strength. So local sections with increased strength are stiffeners and slopes that specify the overall strength of the structure, and are used to attach lighting fixtures to them, as well as to attach to the vehicle body using fasteners.

Локальными участками со сниженной прочностью являются плоскости бампера, обеспечивающие поглощение энергии за счет прогиба менее прочной зоны контакта во время контакта транспортного средства с препятствием, в том числе головой и туловищем пешехода. При этом, повышенная прочность ребер жесткости и уклонов и пониженная прочность плоскостей бампера задана высокой плотностью композитного материала равной 1,6 г/см³ в первом случае и низкой плотностью композитного материала равной 0,8 г/см³ во втором. Это достигается за счет разности количества уложенных слоев препрега на оснастку во время формования детали. (от 1 слоя (0,2мм) и до необходимого количества для набора нужной толщины изделия с учетом того что 1 слой препрега составляет 0,2 мм в готовом изделии.Local areas with reduced strength are the bumper planes, which provide energy absorption due to the deflection of the less durable contact zone during contact of the vehicle with an obstacle, including the head and trunk of a pedestrian. Moreover, the increased strength of the stiffeners and slopes and the reduced strength of the bumper planes are set by a high density of the composite material equal to 1.6 g / cm ³ in the first case and a low density of the composite material equal to 0.8 g / cm ³ in the second. This is achieved due to the difference in the number of stacked prepreg layers on the tool during molding parts. (from 1 layer (0.2 mm) to the required amount to set the desired thickness of the product, taking into account the fact that 1 layer of the prepreg is 0.2 mm in the finished product.

Были проведены испытания изготовленных по заявляемому способу бамперов в сравнении с бамперами, изготовленными способами, известными из уровня техники, из других композитных материалов. Результаты испытаний показали, что изготовленные по заявленному способу бамперы, по сравнению с бамперами, изготовленными из стеклопластика и других композитных материалов, имеют повышенные прочностные характеристики при значительном (до 40% ) снижении веса.Tests were made on the bumpers made by the present method in comparison with bumpers made by methods known from the prior art, from other composite materials. The test results showed that the bumpers made according to the claimed method, in comparison with bumpers made from fiberglass and other composite materials, have increased strength characteristics with a significant (up to 40%) weight reduction.

Заявленный способ может быть реализован с использованием известного оборудования (например, печи Nabertherm KTR 22500/S и применяемого вакуумного мешка, собранного на основе вакуумной пленки, например, Airtech Wrightlon® 7400) и описанного материала – базальтового препрега (базальтовая ткань плотностью плетения 240g/m2 с содержанием эпоксидной смолы в 42%).The claimed method can be implemented using known equipment (for example, a Nabertherm KTR 22500 / S furnace and an applied vacuum bag assembled on the basis of a vacuum film, for example, Airtech Wrightlon® 7400) and the described material - basalt prepreg (basalt fabric with a density of weaving 240g / m2 with an epoxy content of 42%).

Заявляемое изобретение может быть использовано в области машиностроения, в частности, автомобилестроения, при изготовлении конструктивных элементов наземных транспортных средств, таких как бамперы транспортных средств.The claimed invention can be used in the field of engineering, in particular the automotive industry, in the manufacture of structural elements of land vehicles, such as bumpers of vehicles.

Claims

A method of manufacturing a composite bumper for a land vehicle, which consists in forming a model, coating the model with a release agent, applying the required number of prepreg layers to the model, applying a perforated film and then an absorbent layer, placing it in a vacuum bag and connecting the pump, followed by placing the product in an oven under the influence of temperature and pressure, and further cooling and machining of the product, characterized in that they use a prepreg of basalt fabric, first heated in an oven to 75 ° C at a heating rate of 1.5-2 ° C / minute and kept at this temperature for 30 minutes, then produce subsequent heating to 120 ° C with a heating rate of 1.5 ° C / minute, with exposure at a temperature of 120 ° C for 30 minutes, after which it is cooled at a speed of no more than 3 ° C / minute to ambient temperature environment, and ensure the creation of vacuum during the entire heating cycle, exposure at temperature and cooling o t 0.8 to 0.99 atm.