книга (Буланов И.М., Воробей В.В., 1998 - Технология ракетных и аэрокосмических конструкций из композиционных материалов), страница 3

Форма волокнистых армирующих элементов определяется природой волокон, способом их получения и дальнейшей текстильной переработкой, а также процессом изготовления калилазитов и изделий из них. Волокнистые армирующие элементы — эта, как правило, непрерывные волокна, представляющие собой крученые и некручеиые нити, жгуты (ровинги), ленты, ткани различного переплетения, а также короткие волокна в виде порошков, штапельных тканей, матов и т.п.

1! Обилие понятии и ппрсаяаснка Классификация аомпозвтов В кампозитвх армирующие элементы соединены изотропнай полимерной, металлической или другими видами матрицы, которая обеспечивает монолитность материала, фиксирует форму изделия, способствует совместной работе волокон и перераспределяет нагрузку при разрушении части волокон. Тип матриц определяет также метод изготовления конструкции.

Общепринято характеризовать современные композиты (рис. 1 1) типом матрицы. Рис. 1Л. Классификация комвазитвых матавмааоя Важнейшее преимушество композитав — вазможность создания из них элементов конструкции с заранее заданными свойствами, наиболее полна соответствующими характеру и условиям работы. Многообразие волокон и матричных материалов, а также схем армирования, используемых при создании композитных конструкций, позволяет направленно регулировать прочность, жесткость, уровень рабочих температур и другис свойства путем подбора состава, изменения соотношения компонентов и лгакроструктуры компазита.

По конструктивному признаку волокнистые материалы различают в зависимости от типа арматуры и ее ориентации в мвтрице (рис.1.2). В результате совмещения различными технологическими способами армирующих элементов с матрицей образуется комплекс свойств композита, не только отражающий исходные г-г4э 16 17 1.2.

Армирующие волокнистые наполнители риллия, титана. ниобия и других металлов. Армирующие во- локна могуг иметь неоднородную структуру и обладать анизо- тропией механических характеристик. Таблица ! ! Волокна Свойства Стеклянное Угле нос Арамидное М егищичес кис: уделав ад прочность Очень высокая Высокая Средняя Высоков Высока й ~ Средний Низкий Очень высокий Плохое удельный модуль Отличное Удовлетворительное Низкие Отличная Отличное сопротивление ьтэару Среднее Отличная ' Среднее Средняя Средняя Средний Высокая и иэкая Очень низкий Очень низкий лсмпфируюшая способ- ность Удовлетво- рительная Высокая Хорошая Отличная 11роизоолстяенно-технологические.

иаимеиыпий радиус из! гиба Очень большой ! Средняя Высокая Ниэквл Средняя Хорошая Хорошая Хорошая Плохая Высокая Умеренная Стоимость Умеренная Очень низкая К волокнам с ярко вырюкенной анизотропией свойств относятся органические, арамидные. углеродные и барные нплпкна Металлические и СВ считают однородными и изотропными. рассмотрим основные типы волокон. 19 1 КОМПОЗИЦИОННЫВ МАТЕРИАЛЫ И ИХ КОМПОНЕНТЫ характеристики егп компонентов, но и включающий свойства, которыми изолированные компоненты нс обладают.

1 Рис. 3.2. Кзассяфика сия компоэитов по конструктивному признаку: л — хаотически армированные: 1 — короткие волокна; 2 — непрерывные волокна; 6 — одномерно-армироваээные 1 — аднонаправлснныс непрерывные; 2 — одно- направленные короткие; е — двумсрна-армированные. 1 — непрерывиыс нити. 2 — ткани; г — пространственно армированные: ! — три ссмеиства нитей: 2 -л семейств нитей Важным требпванием при создании волокнистых композитов является совместимость материалов волокна и матрицы. При этом совместимыми считают компоненты, на границе которых возможно достижение прочной связи, близкой к прочности матрицы, при услпвиях, обеспечивающих сохранение исходных свойств компонентов. 1.2.

Авмирувщие волокнистые нанолнителн Компонентами КМ являются различныс дискретные и непрерывные волокна, а также матричные материалы В ка гестве армирующего напппнителя в КМ с мал.рицей из синтетических смол применякэт стеклянные, арамидные, угле- родные и барные волокна (табл, 1.1). Крпме тогп, используют базальтовые, сапфировые волокна,'на пснове карбида кремния, полиэтиленовые волокна.

В композитах на основе металлической матрицы применяют проволоки из стали, вольфрама, бе- удлинение при разрыве, ставил ьн ость Тсплофизичсс кис: теплопроводность температурный КЛТР чувствительность к повреждениям при перера! ботке !! воэмоэкность переработки я ленты и ткани Высоксе Отличная Виэквл Средний 1. кОмпОзициОнные мАтериАлы и их кОмпОненты Стеклянные волокна При создании неметаллических конструкционных кпмппзитов — стеклопластиков — широко применяют стеклянны~ волокна, При сравнительно малой плотности пни теплостойки, устойчивы к химическому и биологическому воздействию. имеют высокую прочность и низкую теплппроводнпсть. Известна два вида СВ: непрерывное и штапельное. Для первого характерны непграниченно больша» длина, прямолинейность и, как правило, параллельное расположение волокон в нити; для второго — небольшая длина, иэвитость и хаотическое расположение волокон в пространстве.

Наиболее часто используют волокна, имеющие фпрму сплошного круглого цилиндра. СВ другой Формы, например полые, называют профилированными. К профилированным СВ относят волокна с Формой поперечного сечения в виде треутолъника, квадрата, шестигранника, волокна лентовиднпй и других Фарм с гладкой и юфрирпванной поверхностью. Исходный технологический процесс для пплучения всех видов С — вытягивание нитей из расплава. Существуют три основных способа получения стекловолокна: !) вытягивание волокон из расплавленной массы через фильеры (адностадийный процесс); 2) вытягивание волокон иэ стеклянных штабиков при их разогреве (двухстадийный процесс); 3) получение штапельного волокна путем расчлетгения струй стекламассы под воздействием центробежных сил или потпков воздуха, газа, пара. Однастадийный процесс получения стекловолокна заключается в том, что необходимые компоненты, определяющие тип стекловолокна например кварцевый песок, известняк, барную кислоту, глину, уголь и другие, перемешивают и плавят в высокотемпературных печах (рис.

1.3). Температура плавления для каждой композиции разная, но в среднем онв составляет примерно 1260 оС. Расплав стекла поступает непосредственно на аппарат для вытятккн стекловолокон, представляющий собой етеклоплавильный сосуд„имеющий Форму лодочки и изготовленный иэ платинового сплава. Под действием гидро- статического давления расплав стекла вытекает через тонкие отверстия фильер диаметром 0,8...3,0 мм, расположенные в 1.2. Армирующие волокнистые нвггшыителв днище сосуда.

Экструдируемые из каждого птверсти» струи подвергают интенсивному механическому растяжению до диаметра 3. 19 мкм, а после закалки в падфнльернам холодильнике в потоке валяных брызг их собирают в нить н пропускают через зону, в кптарпй на волокна наносится покрытие — замасливатель, повышающий компактность нити. Рис. 1 Х Гаема олносталийного получения стекловолокна: 1 — глина; 2 — известняк; 5— уголь; 4 — квариевьгй песок; 5— флюорит; б — барная кислота; 7 — автоматические лозаторы; а' — смеситель., У, И вЂ” бункера; 11 — шнековьгй пагатсль; 12— ванна, 1З вЂ” сеюгия приготовления замасливателя (шлихтм1: 14 — платиновью фтьтьеры (бушипги) с злсктранагревом и автоматическим узгравлением; 15 — замасливатель' 1б — высокоскоростное намоточнае устройство, 17, 27- пасты контроля и взвешивания; 1б' — клчсра лля конлитгионирования волокна; 19 — кругильныс машины; и†участок отлелки и упаковки пряжи: 21 — участок термической обработки: 22 — шпулярники: 22 — немота'гна» машина лля ровинга; 24 — резальная ма~пина; 25- рпвинг 2б — резаное валок- но (штапель) С ге гг гг ее с а е г1ив( Собранные в единый цучпк элементарные волокна называют одиночной нитью Скорость вытягивания нити составляет от 20 да 50 м(с.

Непрерывная одиночная нить является первичной нитью полученной в результате вытягивани» пряди элементарных нитей (волокон) из Фильер стеклоплавильного сосуда. Ве используют для текстильной переработки в крученые комплексные нити, ровинги и тканые материалы. Для обеспечения дальнейшей переработки одиночные нити выпускают как на текстильном, так н на прямых замасливателях. В качестве текстильного замаслнвателя широко используют парафиновую 21 Е КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ КОМПОНЕНТЫ эмульсию, в качестве прямого замаслнвателя — сложные системы, содержащие специальные добавки — аппреты, которые способствуют созданию адгезионной связи на границе раздела полимер — стекло. Нити характеризуются длиной (непрерывныс, дискрстныс), числом сложений и крут«ой, т.е.