книга (Буланов И.М., Воробей В.В., 1998 - Технология ракетных и аэрокосмических конструкций из композиционных материалов), страница 7

Основные технические характеристики ткани следующие: волокнистый состав, вид переплетения, способ отделки, ширина, толщина, масса квадратного метра, число нитей основы н утка на единицу длины (плотность ткани), разрывная нагрузка и растяжимость (удлинение) при разрыве. Ткацким переплетением называют порядок последовательного перекрытия на лицевой стороне ткани нитей основы нитями угка. 43 1.

кОмпОЗНЦиОнныв мАТЕРИАЛо1 и их кОмПОНЕНТЫ В ПрОМЫП]дон ности ИСпользуют ткани, имеиипие различныс типы переплетения. Наиболее простым и ]пирака применяемым является пологняное перегшетемие (рис.1.13). каждая нить основы и утка проходит поочередно сверху и Рис. !.13. Схеме полотняного перепле- снизу пересекаюшихся нитей гения Сатиновым называют переплетение (рис.1.14), при кото- Таблииа 1.10 ром каждая нить проходит поочередно сверху, а затем снизу пересекающей ее нити.

Более сложный тип псрег]летения— саржевое (рис.1.15), при котором нити основы и утка про- Мер тка -]О -]0-8 : Т-11-7 Т-11-Г Т-12 Т-12-4 Т-12-Г Т-!3 Т-14 Полотно 0,29 0,31 0,27 0,29 0,29 0,10 0 Об ]ОЗ;, :030 140 ), :о,га ]40 0,19 0,24 0,24 О,]7 !73 173 ]73 54 34 Рис. 1.15, Схема еержееого переплете- ния !гхг) 0,20 0,24 0,20 0,3! О,!1 0' т-]4-7а А-1 27 А-г .ТСУ, ВМ-7 'ГУ П ТС 5Н мттГ ]34 ]79 1 О 33 0.43 170 104 144 144 Рне. 1.1е. Схемы многослойнгло переплетения 44 Рне 1.14.

Схеме сетииоеого переплете- ния ходят поочередно сверху и СНИЗУ ДВУХ И ЧЕтЫрЕХ п~рссскаюших их нитей. В некоторых случаях применяют трех- МЕРНЬ]С тИпы ПЕРЕПЛЕтЕНИй (рис.1. 1б). Наиболее распространенными являются ткани, ширина которых составляет 40..75 см— узкие, 75..100 см — средней ширины. 100 ..150 см — широкие, 150...200 см и более — очень широкие. Ткани шириной 0,5...7,5 см и более называют ткаными лентами 1.2. Армируаинис еолокн истые иенолнители Ткани массой до 100 г/м считают легкими. массой от 100 до 500 Г27М вЂ” ИМЕЮШИМИ СреднЮЮ МаССу И тКаНИ массай СВЫШе 2 500 г/м — тяжелыми.

В отечественной промы гол енности наиболее широко распространены ткани на основе стеклянных, органических и углеродных волокон. Выпускаемые стеклоткани различаются составом стекла, характеристиками нитей, типам псреплетени». толшиной, прочностью, плотностью укладки волокон и другими показателями (табл. 1.10). Характеристики тканей на асиоее отселенных нолехан ь КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ КОМПОНЕНТЫ Органоткани отличаются достаточна высокой тсрмостойкостью. обладают лидой уса,чкой па сравиенито с тканями на основ~ других типов волокон (табл.

111) Таблица КИ Характеряетнхя тканей на оеяоае аопщонолохаи Тканые слоистые арганапластики обладают по сравнению са стеклопластиками более высокими прочностными и жесткастными характеристиками. Отличительная особенность тканей из углеродных волокон — их высокая термостойкость, жесткость и прочность. Для изготовления углеродных тканей применяют различные типы переплетений. Углеродные ткани в композиционных материалах используют в ниде однонаправленных лент (кордавые ткани) или они имеют полотняное либо сатиновое плетение. Н 3. Матричные иатериааи 1.3.

Матричные Материалы Матрица является важнейшим компонентом кампоэита. Требонания, предъявляемые к матрицам, можно подразделить на эксплуатационные и технологические. К первым относятся требования, обусловленные механическими и фиэикохилгическими свойствами материала матрицы, которые обеспечивают работоспособность композиции при дсйствии различных эксплуатационных факторов. Механические свойства матрицы должны обеспечивать эффективную совместную рангу армирующих волокон при различных видах нагрузок. Прочностные характеристики материала матрицы являются определяюшими прн сдвиговых нагрузках, натружении композиции н направлениях, отличных ат ориентации волокон, а также при циклическом нагружении.

Природа матрицы определяет уровень рабочих температур кампазита, характер изменения свойств при воздействии атмосферных и других факторов. С повышением температуры прочностные и упругие характеристики матричных материалов, также как и прочность их соединения со многими типами волокон, снижаются, После достижения некоторого температурного предела происходит резкое возрастание пластических дефорлеаций, ухудшается несущая способность композита, особенна при сжатии и сдвиге.

Матрица также характеризует устойчивость материала к воздействию внешней среды, химическую стойкость, частична теплафизические, электрические и другие свойства. Технологические требования к матрице определяются осуществляемыми обычна одновременно процессами получения кампаэита и изделия из него. Суть этих процессов заключается н совмещении армирующих волокон с матрицей и окончательном формообразовании иэделия.

Цель проводимых технологических операций — обеспечение ранномсрнага (без касания между собой) распределения волокон н матрице при заданном их объемном содержании; максимально возможное сохранение прочностных свойств волокон; создание достаточного прачнога взаимодействия на границе раздела волокна — матрица. Н связи с этим выдвигают определенные требования к материалу матрицы'. хорошее смачивание волокна жидкой матрицей н процессе прапитки; воэможность преднарительнога изгатонления 46 47 ь КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАПЫ И ИХ КОМПОНЕНТЫ полуфабрикатов (например, препрегов) с последующим изготовлением из них излесчии; качественное соединение слоев композита в процессе формования; невысокая интенсивность парамстрон окончательного формообразования (например температуры и давления); обеспечение высокой прочности сцепления матрицы с волокном, небольшая усадка и тд.

В настоящее время наиболее широко распространены волокнистые материалы на полимерной и металлической матрицах. Термнреактиниые полимерные матрицы В качестве матричных материалов полимерных композитов используюг терморсактивные и термопластичные связующие. Термореактивные снязующие — низковязкие, легкорастворимые продукты (смолы), способные отнерждаться нри нагреве под действием отвердителей, катализаторов с образованием после отверждения необратимой сетчатой структуры (нерастворимой и непланкой). Термопластичные связующие — высокомолекулярные линейныс полимеры (волокна. пленки, порошки), которые при нагревании распланляются, а при последующем охлаждении затвердевают и их состояние после отверждения обратимо.

Матрица должна обладать достаточной жесткостью и обеспечивать совместную работу армирующих волокон; ее прочность является определяющей при нагружении, не совпадающем по направлению с ориентациией волокон. Особенно важным является спойстно матрицы образовывать монолитный материал, в котором матрица сохраняет свою целостность вплоть до разрушения волокон. Таким образом, выбор связующего лдя композита — сложная задача, правильное решение кгторой способствует. созданию материала с эффективными технологическими и эксплуатационными свойствами. Полимерные матрицы (связующие) представляют се бой птвержваехгые тсрморсактивные смольг или олигомеры Основными компонентами большинства отверждаю~пихся связующих являются смолы — смесь реакцианноспособпых низкомолекудярных полимеров.

Природа, молекулярная масса, количество реакционпоспособных групп определяют темпера- 1.3. Матричные матерная м туру размягчения смолы, вязкость расплава или раствора, смачивающую способность и условия отверждения связующего. Отверждение связующих происходит при повышенных температурах или наличии катализаторов.

В случае отверждения смол, функциоггальные группы которых не способны реагировать между собой, применяют полуфункциональные нешества — отнердители, которые, взаимодействуя с олигомерами, становятся звеньями сетчатого полимера. Помимо смолы, отвердителя, катализатора или инициатора отверждения в состав связующего при необходимости вводят растворители, которые, понижая вязкость связующего, облегчают совмещение его с вол окнами В производстве конструкций из коьшозицион ныл материалов наиболее широко применяют фенолфармальдегидные, полиэфирные, кремнийарганические, эпоксидные связующие, а также связукзщие на основе циклических олигомероы (полним иди ые).

Фенолфориа.гьдегидные саныы. Получают поликонденсацией фенолов с альдегидами. В зависимости от соотнош~ния компонентов и условий процесса образуются нонолвчные или резольные фенолформальдегидные смолы. Новолаки представлягот собой твердые хрупкис материалы с температурой размягчения 80...)00 С, хорошо растворимые в спирте, ацетоне и других растворителях. При введении в смолу отвердителей и нагреве протекает реакция образования трехмерной структуры (отнерждение), сопровождающаяся выделением значительного количества воды, аммиака и формальдегида. Резодьные смолы в зависимости от соотношения фенола и формальдегида и глубины прошедшей реакции отверждения могут быть жидкими или твердыми.

Твердые резольные смолы хорошо растворяются в 40...б0%-ном этиловом спирте. Отверждение резольных смол протекает без участия отвердитслсй, ускоряется с повышением температуры нагрева и сопровождаегся выделением водьг, а также некоторого количества летучих веществ Резольные смолы способны в ътловиях переработки длительное время пребывать в яязкотекучем состоянии, что позволяет применять их для приготовления нрепрегов и формовапия толстостенных изделий 4 — 24З 49 к композииионны~ ылтыиллы и их компоненты Процесс отверждения фенплфармальдегидных смол правадят в интервале температур ! 60...200 ~С ппд давлением 30...40 МПа и выше.

Получаемые ппсле отверждения трехмерные полимеры стабильны при длительном нагревании до 200 ~С и в течение ограниченного времени способны прптивпстоять действию и более высоких температур (несколько сугок при 200 ..250 ~С, несколько часов при 250...500 ~С, несколько мин уг нри 500...1000 С). Смолы начинают разлагаться при температуре около 3000 сС. К недосгвткзм фенолфармальдегидных смол можнп птнесги их большую обьемную усадку при отверждении (15...25 %), связанную с выделением большого количества летучих веществ. Для получения материала с малой пористастыа необходимо провалить формование пол высоким давлением. Фенолформальдегидные смолы очень хрупки, чтп обусловлена значительными остаточными папряже1гиями, возникающими в материале при отверждения Пал иэфиркые смолы.