книга (Буланов И.М., Воробей В.В., 1998 - Технология ракетных и аэрокосмических конструкций из композиционных материалов), страница 9

К конструкторским преимуществам коыпазитов на основе термопластичных связующих относят надежность изделий из них, достигаемую прежде всего вследствие низкого уровня остаточных напряжений, релаксирующих в термопластичной матрице в первые часы после формовани» изделий. Не менее значительными являются технологические преимушества термопластов'.

неограниченная жизнеспособность сырья и полуфабрикатов, резкое сокращение цикла фармавания изделий за счет исключения необходимости отверждения связующего, расширение технологических вазможностей вследствие применения характерных для термапластов методов производства — штамповки, гибки, послойного комбинированияя листовых заготовок, сварки пултрузни и т.п. Дополнительные перспективы аткрываклся благодаря снижению трудоемкости исправления технологических дефектов сваркой, действием растворителей, местныы дефармироввнисм элементов конструкции путем нагрева, а также эа счет возможности утилизации отходов и вторичной переработки изделий, чта создает предпосылки и для эффектиьчюго решения экологических проблем.

В связи с этим использование термопластичных связующих мажет привести к значительному снижению стоимости изделий нз кампазитов. По уровню механических характеристик некоторые термапласты не уступают атвержденныы термареактивпым связующим, а па таким свойствам, как химическая стойкость и герметичность, как правило, превосходят нх. К недостаткам рассматриваемых связующих относятся ярко выраженная зависимость свойств коыпозитов нв их основе ат температуры, низкая тепластайкость термапластав (исключение составляют специальные тсплостайкие материалы) и технологи- 54 1.

КОМПОЗИЦИОННЬ1Р. МЯтнРИАЛЫ Н ИХ КОМПОНЕН ГЬ< ческие трудности, связанные с высокой вязкостью их растворов и расплавав. Совмещение компонентов композитов па ос~ове термопластичных матриц можно осуществить жидкофазным или твердофазным способом Жидкофазный способ применяют для изготовления прспрегав. ан заключается в нанесении связующих на волокна (нити, жгугы, ленты, ткани) нз растворов или расплавав. При этом главным параметром, определяющим качество пропитки, является вязкость пропнточной среды. Однако возможность снижения внзксмгги терыопластич~ьтх связующих ограничена, так как вязкость их расплавов нередко остается на уровне 1ОИ...10~~ Пас вместо 10 .10 Пас при допустимых телзпсратурах псрсработки.

характеризующих термореактивные связующие. Последнее обстоятельство требует соответствующего йовышения давления, чю резко ограничивает возможности метода и создает опасности ллн сохранения целостности армирукнцих волокон. Поэтому для термопластичных кампозитов, получаемых жидкофазным способом, типична высокая порнстосгь, превышающая в 1О ..15 раз пористость компазитов на основе термареактивных связующих. Твердофазное совмещение освоено при изготовлении полуфабрикатов, в которых армирующие волокна сочетаются с гермопластаыи в виде порошка, пленки или волокон.

Оснощюе преимушество по сравнению с жидкафазным совмещением состоит в там, чта еще до прапнтки достигается проникновение матричных компонентов в объем волокнистых напалнителсй н тем самым повышается эффективность последующей прон итки ггри плавлении твердых матричных включений: сокращается время пропитки, снижаются энергетические затраты (давление, температура), уменьшается пористость композита. В некоторых случаях эффективность пропитки удается существенна повысить, используя специальные технологические приемы, например, лиспергируя матричный порошок в полуфабрикате с помощью ультразвука или вибраинонным воздействием. Однако использование порошков не позволяе.г получать термопластичные композиты с равномерной стспеиья~ армиравания по всему объему материала.

ЬЗ. Матричные материалы Пленочные связующие лишены этого недостатка, поскольку имеется возможность послой но чередовать термопластичные пленки с армирующиыи элементами. Однако глубина пропитки при таком совыещепии существенно зависит от толщины армируюших нитей, жгутов, лент, а также от сложности геометрической формы форыуемого изделия (двойная кривизна, полпутрения и т.п ). Матричные термопластичные волокна наиболее результативны при совмешении компонентов. Их использование позволяет создавать композиты с заданной регулярностью структуры, надежной фиксацией схемы армировапия на всех стадиях переработки Изделия на основе таких волокон можно изготавливать различными технологическими методами — выкладкой, намоткой, пултрузией, а совмещение волокон с армирующими компонентами достигается при гкачествс. плетении.

Применение матричных термопластичных волокон позволяет получать сверхвысокоармираванные композиты с предельной стспснью армирования. близкой к единице, с низкой паристостью (да 0,25 % аб.). а в не-которых случаях создавать безматричные композиты, в которых ыонолитнасть армирующих волокон досппается за счет их сварки или аутогезионного взаи моде йствия, Среди термопластичных связующих особое место занимают связукщие нового типа, называемые роливсапами, которые дают возможность сочетать высокую теплостойкасть кампозита и легкую перерабатываемость связующего Роливсаны предназначены для получения ком позитов и изделий из них с широким диапазонам температур эксплуатации (270..

620 К). Основньгм преимуществом ролнясанов перед другими связующими нвляезем сочетание жидкого состояния малотоксичной исходной композиции, незначительного выделения побочных летучих продуктов прн ее отяержленни с высокой теплосгойкость о и прочностью как самой матрицы, так и кампозитов на ее основе. Физи ко-механические характеристики некоторых термопластичных связующих ~приведены в табл. 1 13. Е КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ КОМПОНЕНТЫ Таблица Ь13 Фнзвно-механнчеса не хараатернетнкн те рнонластнчных еахзунннвх Углвраднлге матрицы Углерсдная матрица, подобная па физико-мсханическим свойствам углераднаму волокну, обеспечивает термостой кость УУКМ и позволяет наиболее полно реализовать в компазите уникальные свойства углеродного волокна.

Метод получения углераднай матрицы определяет ее структуру и свойства. Наиболее широко применяют два способа получения углерощюй матрицы' карбонизация полимерной матрицы заранее сформовашгай углепл астиковой заготовки путем высокотемпературной обработки в неакисляюшей среде; осаждение из газовой фазы пироуглерода, образующегося при термическом разложении углеводородов в порах углеводокнисгого каркаса. Процесс карбанизаиии прсдставляет собой высокотемпературпуЮ обработку изделия из углепластика до температуры 1073 К л пеакисляняпей среде (инертный газ, угольная засыпка и т.д.). Бель термообработки — перевод связующего в кокс. В процессе карбонизапии происходит термадеструкция матрицы, характеризующаяся потерей массы, усадкой и образованием аольшаго числа пор.

Процесс сопровождается удюгением испаряющихся смолистых соединений и газсюбразпых продуктов н образованием твердого кокса. обогащенного атомами утлерсда. Свойства уг- Модуль упругости Ео ГПа Коэффициент Пуассона ц . Коэффнвиеит теплопроводяости Х Вт/(и-К) .

КЛТР о. К ' 6,33 Структура карбонизираяанных пластиков и кампозитов с пироуглеродной матрицей после даполнительнога уплотнения с целью получения термастабильнпга материала совершенствуется за счет высокотемпературной обработки (графитизации). Конечная температура термообрабатки ппрелеляется ус ювия- 1.3. Матричные натериадл~ леродной матрицы в значительной мере зависят от вида исходного связуюшего, в качестве каторага применяются синтетические органические смолы с высоким коксовым остатком (фенолформальдегидные, фурановые, кремнийарганические, полиимидные и др.). Широко используют для получения углсРадиай МатРИЦЫ КаМСЗШОУГОЛЬНЫЕ И НвфтЯНЫе Пеки (соДеРжание углерода до 92...95 %). Коксовую матрицу углеродных компазитов можно модернизировать за счет многократного процесса дополнительной пропитки и карбанизации. позволяющего регулировать плотность и прочность ьгатсриаза.

В зависимости от структуры различают два вида кокса — изатрапный и струйчатый. Изотропный кокс представляег собой структуру. отличающуюся большим количеством поперечных связей и высоким пределом прочности (до 80 МПа при сжатии и модуле упругости 500 МПа) и большим КЛТР (5 . 10 б). Струйчатый кокс обладает весьма совершенной кристаллической структурой и имеет более низкие коэффициент температурного расширения и прочность при сжатии (примерно в два раза).