книга (Буланов И.М., Воробей В.В., 1998 - Технология ракетных и аэрокосмических конструкций из композиционных материалов), страница 4

количеством продольных витков на 1 метр. Толщина нитей зависит от толщины или диаметра волокон. Эти показатели принята измерять в линейных единицах, в то время как в производстве волокон — обычно в тексах (ГОСТ 10878-70). Текс — внесистемная единица линейной плотности волокон нлн нитей, т.е. отношение их массы т к длине ь; 1 текс = = 1 г/кы = 1 мг/ы Характеризует толщину Т материалов. В номерной системе толщина 1т' нитей или волокон есть отношение длины Е к массе ал, т.е. Ж = Е/т = 1 м(г.

Для определения диаметра И используют следующую зависимость: И= 0,0357 т' —, Р где Р— платность волокна, г/см; Т вЂ” толщина волокна, 3. Характеристики ряда комплексных нитей нз стекла различного состава приведены в табл. 1.2 Таблица ! .2 Оенеюеа» на»актера»таха етееланних арученнх а»а»лаан»них антее 1 2. Армируюшие нано«насты» иагалннтези Окончание таба. «2 Обозначение марки крученой комплексной нити, например: БС6-3,4х1х2 ( 150)-80; ТСЗ-26х1х2; К1 1С6-180- БА; КС11-17х4х3; состоит из трех частей: 1 — тип стекла и номинальный ливметр элементарной нити (волокна), где Б — бесщелочное алюмоборосилнкатнае, Т— стекло состава Т-273А, К11 — кремнеземные нити из стекла Х11, К вЂ” кварцевая нить, С вЂ” стеклонить непрерывная, 6,8,6,11 — диаметр элементарной кити, ыкы; 2 — номинальная линейная платность комплексной нити (3,4;26;180,'17), текс.

Цифровое обозначение после знака "х": 1— количества одиночных нитей в комплексной, 2 — количество скручиваемых одиночных нитей, цифры в скобках — количество кручений на 1 м нити; 3 — тип замасливателя (например, № 80) При выработке нити на технологическом замасливателе из парафннавой эмульсии индекс в марке нити не указывают В креынеземных нитях: БЛ вЂ” безусадочная аппретнрованная нить. Для использования в качестве армируюшего наполнителя в коыпазитах конструкционнага назначения отечественная промышленность выпускает различные текстильные структуры из высокопрочных и высакоыодульных волокон.

Для волокон различной природы номенклатура текстильных структур армирующих наполнителей разная, исторически она предопределена П КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ КОМПОНЕНТЫ условиями разработки и освоени», а также особенностями физико-механических свойств волокон. Наиболее полно номенклатура армирующих напалнителей разработана для стеклянных волокон однонаправленные напалнители: непрерывные элементарные нити (однонаправленные волокна, одиночные нити); комплексные нити (крученые однонаправленные нити); ровинги (жгуты); тканые наполните»и: тканые ленты; ткани и сетки (однослойные и многослойные); нетканые материалы: полотна нитепрошивиые, иглапробивные, халстопрошивные и другие; маты (поверхностные, из рубленных нитей, скрепленных полимерным связующим и др.); полотна трикотажные.

Свойства СВ ва многом определяются их составом. В зависимости от основнога назначения могут быть получены волокна с повышенной прочностью или с повышенным модулем упругости (магнийалюыосиликагные композиции типа ВМП, ВМ-1), волокна с повышенной стойкостью к действию кислот (средне- щелочное силикатное стекла типа ТА), тугоплавкие кварцевые волокна (кремнеземные с содержанием %Оз не менее 94%), волокна с хорошими электроизоляционными свойствами и высокой прочностью (алюмоборосиликатные композиции) Основные физико-механические свойства СВ, наиболее распространенных в производстве волокнистых стекпопластиков, приведены в табл $ 3.

Таолиаа 1.3 Харяктеввстикк стекл»клык волоков Ь 2,. Ариирукацне аозокииетгае наполи»тели Окончание табл. Ь3 'Прюичянве. МАС вЂ” магнийалюиоеиликатиые, АБС вЂ” алюиоооросиликатные, КС вЂ” киелотостойкие. В настоящее время изделия из стеклопластиков являются наиболее дешевыми и широко используемыми в производстве малотоннажных судов, лодок, катеров, яхт, элементов кузова автомобилей, нефтепроводов, обтека.гелей летательных аппаратов, узлов ветряных электростанций и многих других товаров массового потребления. Органические волокна Прогресс в области созлани» синтетических материалов обусловил возможность получения армируюших волокон, способных конкурировать с неорганическими.

Высакомодульные и высакопрочные волокна на основе ароматических полиамидав (арамидов) обладают уникальным комплексом свойств: высокими прочностью при растяжении и модулем упругости, термостабильнастью, позволяющей эксплуатировать их в в~ираком температурном интервале, хорошей защитной стойкостью при ударе, негарючестью, повышенными усталастными и диэлектрическими свойствами. Вследствие низкой плотности арамидные волокна превосходят по удельной прочности все известные в настоящее время армирующие волокна и металлические сплавы, уступая по удельному модулю упругости углеролным и барным волокнам. Органически~ волокна получают из концентрированных арамидных волокнаабразуюших полимеров фармованием через 24 25 1.

КОИ ПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ КОМПОНЕНТЫ фильеры. Дне схемы аппаратурнога оформления формавания органической нити представлены на рнс. 1.4 а,б. При формовании волокон и нитей раствор очищенного полимера н сильной кислоте (в частности, на производстве используют концентрированную серную кислоту) экструдируют через фильеры диаметром 50...500 мкм при повышенной температуре (51 ..100 оС) 'и после прохождения воздушной прослойки подают в осалителъную ванну с холодной (4 оС) надой.

При этом удаляют основную часть растворителя из свежесфармованных волокон, проводят подсушку и последующую термообрабатку в соответствии с непрерывным или периодическим способом. Вьюоконрачные волокна подвергают дополнительной термовытяжке, в процессе которой происходит увеличение модуля упругости на 15..20% Е Рис. 1А. Схема двух вариантов аппаратурного оформления +сухого — мокрого формоаания нити а — горизонтальная заправка; 6 — вертикальная заправка; т' — червяк; 2— прядильная тсьзоака; 3 — фнльера; е — элементарные волокна: 5 — газовая прослойка; 6 — ни тенроволннк; 7 — осадительная ванна; е — упрочив ние форыуеыой нити; 9 — приемная бобина; тΠ— корпус; 1тт — прядильная трубка; гГ3 — тубус лля оборотной ванны; 13 — насос, 14 — секция упрочиения форнуеиой нити; Ру — приемный бачок осаднтельной ванны В зависимости ат состава полимера и метода формования получают органические волокна, имеющие плотность 1410...1450 кггм~, предел прочности при растяжении 70...150 ГПа.

Волокно сохраняет исходные характеристики да температуры 180 'С, а при повышении температуры, не плавясь, карбанизируется. Криогенные температуры не вызывают охрупчиванин волокон. При разрыве (до 4,5 %) органические 1.2. Ариирутошне волокнистые наполнитези волокна с нысаким модулем упругости и большим предельным ул.линением обладают высокой уднрной вязкастыа и малой чувствительностью к повреждениям. При сжатии композиты на основе органических волокон значительно уступают стеклопластикам. Рассматриваемые волокна технологичны, однако совмещаются с полимерными снязующими хуже. чем стеклянные.

Общий недостаток арамидных волокон — сорбирование влаги, чта приводит к ухудшению их свойств примерно на 15. 20 %. Арамтслные волокна отличаются хорошей способностью к текстильной переработке, сохраняя после ткачества 90 % исходной прочности нитей. что позноляет их использовать для производства различных тканых армирующих материалов В середине 80-х годов была разработана технология получения самых легких (с плотностью 0,97 ггтсм ) волокон из полиэтилена, обладающих упругопрочностными свойствами на уровне арамидных, таких как Спектра (США), Дайнема (Нидерланды), Текмилон (Япония). Исходным материалом для получения таких волокон является высокомолекулярный полиэтилен.

Растворы высокомолекулярного гюлиэтилена в декумиле, парафине или других растворителях формуизт в волокна фильерным способом, подвергают осаждению в осал,ительной ванне н многс кратной терлювытяжке при температуре от 120 до 1б0 оС. Полиэтиленовые волокна обладают невысокой температурой эксплуатации, обычно не более 400 К, однако вследствие низкой плотности, устойчивости к агрессивным средам, абразивной стойкости и ряда других достоинств являются весьма перспективными материалами. Основные механические характеристики арамидных и полиэтиленовых волокон представлены в табл. 1 4. Таблица 1.4 Механические характеристики аряаатдиых н полаэттьаеаавыя волокон 27 П КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ КОМПОНЕНТЫ Окончание табл.

1.4 1 Марка (стран Кекэар-29 (С ,: Кеиэар-!29 ( Тварон (Ниде Техпора (Япо | Спектра 901У Дайнема 1Ни Текмилон (и Органические волокна широко применяют для изгогонления корпусов РЛТТ, сосудов давления, защитных бронежилетов, шлемов, термостойких перчаток, деталей планера самолета. спортивного снаряжения, канатов, автомобильных кордов и многих друтих изделий Углеродяые волокна Па ряду показателей утлеродные волокна обладают уникальными механическими и физическими свойствами. Им присуши высокая геплостойкость, низкие коэффициенты тренин и термического расширения, высокая стойкость к атмосферным воздействиям и химическим реагентам, различные электрофизическне свойства (ат полупроводников до проводников). Углеродные волокна имеют высокис значения удельных механических характеристик. Углеролные волокна подразделяют на карбонизированные, содержащие 80...90 % углерода, (темпсратура термообработки 1173...2273 К) и графитизированные с содержанием углерода выше 99 % (температура термообработкн до 3273 К).

Исходными материалами для получения утлеродных волокин являются: химические волокна — вискозные или полиакрилонитрильные — и углеродные пеки. Искусственные вискозные волокна — основной вил сырья для получения углеродных волокнистых материалов. Наиболее часто применяют гидратцеллюлозные нити. Природные целлюлозные волокна оказались непригодными для производства утлсродн ых материалов. П2. Армир>юэпие волокнистые напоанители Технологический процесс получения углеродных волокон включаст в себя стадии текстильной подготовки материала, окисления, карбонизации и графнтизации Текстильная подготовка целлюлозного материала заключается в удалении влаги, неорганических примесей и органических веществ, включая замасливвюшж препараты, путем обработки их растворителями ичн поверхностно-активными веществами, и в послсдующей сушке при температуре не ниже 100 "С в течение 15 ч.

Окисление целлюлозы происходит прн температуре, не превышающей 350...400 оС. Нв этой стадии протекают основныс химические реакции, наблюдаются наибольшие потери массы материала. Остаток, полученный при пиролизе, содержит нс более 60...70 % углерода. Карбонизация осуществляется при более высоких температурах, дастигаюших 900 ..1500 оС. На этой стадии продолжаются химические процессы, в результате которых остаток обогащается углеродом. Помимо этого, при карбонизации изменяется комплекс физико-механических характеристик волокна, что особенно важно для практических целей. Большое значение при карбонизании имеют разнообразные добавки, характер среды в печах.