ВВЕДЕНИЕ 7
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 9
1.1. Проблема пожаробезопасности в авиации 9
1.2 Горение органических полимеров 12
1.2.1. Группы горючести и группы воспламеняемости 15
1.2.2. Способы снижения горючести полимеров 19
1.3. КЛАССИФИКАЦИЯ ВЕЩЕСТВ, ЗАМЕДЛЯЮЩИХ ГОРЕНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
1.3.1. Замедлители горения 23
1.3.2. АНТИПИРИРУЮЩИЕ СОСТАВЫ, СИНЕРГИСТЫ И СТАБИЛИЗАТОРЫ
ЗАМЕДЛИТЕЛЕЙ ГОРЕНИЯ 25
1.3.3. АНТИПИРИРУЮЩИЕ МОДИФИКАТОРЫ 27
1.3.4. Антипирены на основе фосфора 30
1.4. Обзор патентов по связующим для получения трудногорючих композитов 35
1.5. Глицидиловые эфиры кислот фосфора 59
1.6. Постановка задачи 62
2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 64
2.1. Объекты исследования 64
2.2 Методы исследования 66
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 70
3.1. Исследование реологических характеристик связующих на основе ГЭФ
3.2. Исследование процесса отверждения связующих на основе ГЭФ
3.3 Определение модуля упругости и температуры стеклования фосфорсодержащих полимеров 77
3.4 Исследование огнестойкости фосфорсодержащих полимеров 81
3.5. Выбор состава связующего на основе ГЭФ и изготовление отвержденных образцов .84
4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
ИЗДЕЛИЯ 84
4.1. Конструктивно-технологический анализ композиционного изделия
4.1.1. Описание конструкции изделия и его взаимосвязи с другими деталями, составляющими агрегат 85
4.1.2. Оценка технологичности 85
4.1.3. Разработка технологических условий на изделие 86
4.2. Разработка 3D - модели изделия и оснастки 87
4.3. Выбор технологии изготовления 89
4.3.1. Выбора метода придания геометрии изделию 89
4.3.2. Выбор метода формования 92
4.4. Схема увязки оснастки 94
4.5 Расчет ожидаемой точности изготовления 95
4.4. Выбор материала связующего и наполнителя 96
4.5. Выбор технологических режимов изготовления 97
4.6. Выбор необходимого оборудования и вспомогательных материалов для реализации технологического процесса 100
4.7. Разработка технологического процесса изготовления изделия
4.8. Технические требования, предъявляемые к оснастке 105
4.9. Описание оснастки и способа ее изготовления 106
5. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРОПИТКИ ИЗДЕЛИЯ 107
5.1. Построение геометрии заготовки, создание структурированной сетки
5.2. Введение характеристик связующего и наполнителя, условий пропитки в программу PAM-RTM 108
5.3 Получение распределения фронта пропитки во времени 110
Заключение 115
Список литературы
Доля применяемых композиционных материалов в авиации быстро растет и на сегодня достигает цифры 40-50 %. Однако использование полимерных композитов вместо алюминиевых сплавов может внести значительные негативные изменения в безопасность конструкции, так как это сравнимо с добавлением в очаг пожара нескольких тонн горючего вещества с теплотворной способностью приближенной к керосину. Полимерные материалы в ходе воздействия на них мощного потока тепла и пламени не только быстро воспламеняются, но и разносят пламя по поверхности.
Принимая во внимание актуальность данной проблемы, в настоящее время существует несколько способов снижения горючести ПКМ, такие как :
1) Использование огнезащитных покрытий.
2) Введение наполнителей.
3) Введение замедлителей горения или антипирирующих составов.
4) Модификация полимерных материалов.
Однако все они имеют ряд недостатков, ведь улучшение одного из свойств может идти наряду с ухудшением других. Кроме того, введение добавок, снижающих пожарную опасность полимерных материалов, может привести к ухудшению физико-механических, диэлектрических и других эксплуатационных и технологических свойств, а также повышению стоимости материала. Из этого следует, что снижение пожарной опасности полимерных материалов является задачей по оптимизации комплекса характеристик создаваемого материала. Одним из новых эффективных способов может стать использование связующего пониженной горючести на основе глицидиловых эфиров кислот фосфора.
Целью данной работы является разработка связующих пониженной горючести для RTM процесса. Для ее реализации необходимо решить следующие задачи:
1) Изучить способы понижения горючести полимерных материалов и существующие низкогорючие связующие для ПКМ;
2) Исследовать реологические, огнестойкие и теплофизические свойств композиций на основе глицидиловых эфиров кислот фосфора;
3) Выбрать составы и режимы отверждения композиций на основе ГЭФ для использования в RTM-технологии;
4) Разработать технологический процесс изготовления изделия методом RTM;
5) Смоделировать процесс пропитки изделия исследуемым связующим на основе ГЭФ.
В качестве объектов исследования выбраны глицидиловые эфиры кислот фосфора (ГЭФ) - триглицидилфосфат, диглицидилметилфосфат, диглицидилметилфосфонат, представляющие собой прозрачные низковязкие жидкости. Отвердителями служили аминные отвердители:
- Диаминодифенилсульфон (ДАДФС)
- Диэтилтолуолдиамин (ДЭТДА)
Выбранные материалы исследовались методами дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) , инфракрасной спектроскопии (ИКС) , динамическим механическим анализом (ДМА) , а также исследовались реологические свойства материалов.
Таким образом, по работе можно сделать следующие выводы:
- Исходя из проведенных исследований реологических, огнестойких и теплофизических свойств глицидиловых эфиров кислот фосфора, выявлена их возможность выступать в роли связующего для композиций, требующих пониженной горючести , так как они имеют низкую вязкость , сохраняют её в течение всего процесса пропитки , а отвержденная матрица имеет необходимый уровень прочности и жесткости;
- На основании полученных результатов выбраны подходящие составы и режимы отверждения композиций на основе глицидиловых эфиров для использования в RTM-технологии. Таким образом, самым удачным сочетанием оказалась композиция на основе триглицидилфосфата и отвердителя ДЭТДА;
- Разработан технологический процесс изготовления трубы силового каркаса авиационных кресел методом RTM, а также формообразующая оснастка.
- Проведена отработка технологии пропитки изделия в программе PAM-RTM.
