Сотофенопласты

Понятие «газовые фенопласты» включает в себя следующие материалы: ячеистые или пенистые - пенофенопласты, а также сотофенопласты (сотовые полимеры) на основе феноло-формальдегидных смол.
Сотофенопласты представляют собой полимерные материалы, конструкция которых выстроена в виде чередующихся закономерно ячеек некой формы.

Примеры форм ячеек сотофенопластов

а - шестигранная;

б - прямоугольная;

в - гибкая;

г - усиленная шестигранная;

д - квадратная.

Как правило, сотофенопласты выступают в роли заполнителей в многослойных панелях, чаще - трехслойных. Такого рода панели состоят из чередующихся слоев рассматриваемого материала и несущих обшивок. Слои соединяются склеиванием. Сотопласт создает опору для несущих обшивок, предо- храняет их от потери устойчивости при нагружении и обеспечивает высокую жесткость панелей при малой массе.

Пример трехслойных панелей приведен ниже:

Трехслойные панели с поперечным (а) и параллельным (б) расположением сотопласта:
1 - обшивка, 2 - клеевая пленка, 3 - сотовая панель

Свойства сотофенопластов

Они являются анизотропными материалами, имеют достаточно высокую прочность при сжатии в направлении по оси z различные прочности при сдвиге по осям x и y, которые определяются прочностью соединения гофрированных заготовок.

Сотофенопласты обладают весьма высокими теплоизоляционными свойствами, определяемыми при комнатной или низких температурах по значениям теплопроводности материала сотопласта.
О теплоизоляционных свойствах, определяемых при высоких температурах, судят по передаче теплоты в ячейках сотопласта путем конвекции. Отметим, что самые лучшие теплоизоляционные свойства характерны для сотопласта с размером ячейки 5 мм.
Получают сотопласты из ненаполненных и наполненных пластиков в виде сотового блока, разрезанного на панели различной или одинаковой высоты, в зависимости от сложности формы изделия.

Методы производства сотопласта

1. Пропитанную связующим ткань в пресс-форме преобразуют в гофрированные заготовки. При прессовании должна быть обеспечена максимальная степень отверждения связующего. На выступающие части гофр наносится клей. Далее заготовки выкладываются друг на друга в специальном аппарате, который обеспечивает образование сотовых ячеек. Для предотвращения смещения гофрозаготовок во впадины вкладываются стержни из металла.
Такой блок сушат, а после обрабатывают при температуре до отверждения ранее нанесенного клея.
Также заготовки, полученные вышеописанным методом, возможно не только склеивать между собой, но и объединять их путем химической сварки прессовым или роликовым способом.
2. Еще не пропитанную заготовку выкладывают на стержни в виде полушестигранника и с помощью профилированного валика гофрируют ее. В местах выступа гофр наносят клей, во впадины устанавливают следующий ряд стержней так, чтобы после прикатки нового слоя ткани обеспечивалась шестигранная форма ячейки. Места соединений двух гофрированных заготовок обрабатывают термическим способом с помощью плиты с выступами. Затем на выступы полученного ряда ячеек наносят клей, нижние стержни вытягивают из заготовки и укладывают их во впадины первого ряда ячеек и т. д. Полученный сотовый блок пропитывают связующим и вновь (в свободном состоянии) термообрабатывают.
На рисунке показана установка для изготовления сотопластовых блоков.

1- рулон бумаги; 2, 3, 4, 5- клеенаносящие ролики; 6- металлическая пластина; 7- бумага; 8- место склеивания.

3. Клеевые полосы наносятся на непропитанную бумагу/ткань. После высушивания клеевых полос заготовки собирают в пакет, обеспечивая расстояние между клеевыми полосами в соседних заготовках соответствовало размеру ячейки.
Пакет может быть собран из различной формы заготовок: полушестигранных, треугольных, а также в форме ласточкиного хвоста. Собранный пакет склеивают и уже из него получают заготовку сотовых панелей, которые в последующем растягивают до момента образования ячеек. Допускается пропитка ячеек для придания жесткости.
Данная технология подразумевает изготовление сотового блока, разделение его на панели.

Известны и другие методы получения сотопластовых блоков. Например, возможно получение из полимерных пленок методом 1 или 3. Так, из ПЭТФ сотопласт возможно получить химической/прессовой сваркой. Получившийся в результате сборки блок делят на панели заданного размера, которые далее растягивают до появления ячеек. После они фиксируются за счет нагрева до 150-160 ºС и остужаются до комнатной температуры.
Отметим, что прочность полученного материала по методу 2 и 3 значительно ниже в связи с неравномерной пропиткой сотового блока связующим, а также из-за отсутствия давления.
Ниже показана зависимость свойств сотопласта на основе стеклоткани, фенолоформальдегидного связующего и фенольного клея от объемной массы (сотопласт изготовлен растяжением пакетов, метод 3)

Длинастороны ячейкишестигранной формы,мм	Объемная масса, г/см3	Прочность при сжатии*, МН/м2(кгс/см2)
		20ºС	200ºС	250ºС	300ºС
2,5	0,15	7,0(70)	4,5(45)	3,8(38)	3,8(38)
3,5	0,12	4,3(43)	3,2(32)	2,9(29)	2,7(27)
4,25	0,11	3,4(34)	2,7(27)	2,6(26)	2,4(24)

* Образцы в виде сотовой панели высотой 10 мм.

 

Также рассмотрим свойства различных сотопластов, полученных химической сваркой (длина стороны ячейки шестигранной формы 5 мм).

Типсвязующего	Ткань	Толщинаткани,мм	Числослоевткани впластике	Объемнаямасса,г/см3	Прочностьприсжатии*, МН/м2(кгс/см2)
	Стек- лянная	0,08 0,08	1 2	0,08 0,10	2,6 (26) 3,8 (38)
Феноло-		0,08	3	0,13	4,8 (48)
формальде- гидная смола	Кремне- земная	0,35 0,1	1 2	0,16 0,12	9,8 (98)       4,5 (45)
	Угле- родная	—	1	0,12 – 0,15	7,5(75)

* Образцы в виде сотовой панели высотой 10 мм.

Физико-механические показатели сотопластов различных марок:

Материал сот	Полимер	Размер сот в мм	Объемный вес в кг/м3	Предел прочности в кгс/см2
				при сжатии	при сдвиге
Бумага ИП-63	Карбамидный МФФ	5 7 12 25	100 70 40 20	12 3,4 2,7 1,5	- 0,94 - 0,73
	Лак феноло-формальдегидный Р-21	7	120	8	-
	Битумный лак 117	7 12	44 23	1 0,5	- -
	Эпоксидный ЭД-5	5 7	200 100	23 7	- -
Бязь	Лак Р-21	5 7 12	120-220 120-200 70-120	65-100 30-40 14-20	- - 25
Стеклоткань Т	Полиэфир ПН-1 Полиэфир ПН-2 Лак Р-21 Эпоксидный ЭД-5 Кремнийорганический ЭГ-40	12 12 12 12 7 12	70-80 85 80 73 120 80	3 6,4 4,5 6,6 28,8 8,15	- - - - - -
Стеклоткань Э	Эпоксидный ЭД-5 Кремнийорганический ЭГ-40	7 7	75 70	5,8 6,5	- -
Бумага А, лущеный древесный шпон	Карбамидный	25-30	50	17	32

Применение сотофенопластов

Так, например, в авиа и судостроении панели с заполнением из сотофенопластов используют с целью отделки интерьеров салонов как звукопоглощающие материалы. Возможно применение в несущих конструкциях полов, кресел, переборок, лопастей вертолетов, мотогондол, крышек люков, элеронов самолетов.
За счет высоких теплоизоляционных свойств допускается применение в создании наружной теплозащиты и теплоизоляции ракет и космических кораблей. Также сотофенопласты возможно встретить и в антенных аэродинамических обтекателях ракетостроении и самолетостроении. Данная область применения обусловлена за счет неплохих электроизоляционных свойств и радиопрозрачности.
В криогенной технике встречаются сотопласты для обеспечения теплоизоляции.
Чтобы выложить сотопласты на плоскую поверхность, применяют материал с шестигранной формой ячейки; для цилиндрической поверхности необходима прямоугольная форма; для сферической - гибкая форма ячейки.