строение (557054), страница 75
Текст из файла (страница 75)
Свойства связующих композиционных материалов представлены в табл 36 Полимерные компоанцвонные матерналы Стпеклолласспики — материалы на основе полимерного связующего, упрочняющим наполнителем является непрерывное стеклянное волокно, стеклонити, стекложгуты, ткани различного переплетения, стеклонитн в виде листов или непрерывной ленты. К основным достоинствам стеклопластиков относятся: достаточно высокая механическая прочность; высокая усталостная прочность; низкая Чувствительность к надрезам; высокое аэродинамическое качество поверхности; высокая коррозионная стойкость; радиопрозрачиость материала; достаточная радиационная стойкость.
Стекловолокниты подразделяют на однонаправленные, в которых волокна расположены в одном направлении, обычно в таком направлении прилагается нагрузка к детали, и перекрестные, где волокна расположены под различным направлением, Стекловолоннистые намоточные конструкции получают, наматывая стекло- нити, стекложгуты, пропитанные связующим, на оправку в перекрестном направлении.
Средняя степень наполнения составляет 66 ... 67 % . Свойства стеклопластиков зависят ие только от природы связующего, наполнителя и вида наполнителя, его ориентации, ио определяются также технологией отверждения. Эпоксидное связующее, совмещенное со стеклотканью и отвержденное при 1 = 20 'С, при которой образуется редкосетчатая структура, образует стеклотекстолит, имеющий рабочую температуру юо !00 'С.
Отверждение при 120 'С, приводящее к образованию густосетчатой структуры„дает материал, имеющий рабочую температуру 200 'С. Плотность стеклопластиков составляет 1800... 2000 кгlм', предел прочности достигает 1800 МПа, модуль упругости находится в пределах от 50 до 130 ГПа (последний,— в случае использования высокомодульного стекловолокна ВМ-1, ВМ-2). Стеклопластики имеют достаточно высокую усталостную прочность, которая зависит от угла ориентации волокон по отношению к оси укладки и от природы связующего. Наилучшим связующим, повышающим усталостную прочность, является эпоксидная смола.
По демпфирующим свойствам стеклопластики значительно превосходят металлы. Недостатком стеклопластиков является снижение механических свойств в водной среде — ослабляется адсорбционное взаимодействие иа границе стекло †смо. Небольшая величина модуля упругости ие обеспечивает жесткости конструкции, поэтому ее повышают, применяя гибридный наполнитель. Стеклопластики были первыми конструкционными материалами, используемыми в силовых конструкциях.
Они используются в производстве ЛА для деталей фюзеляжа, крыльев, обтекателей радиолокационных антенн, для носовых конусов ракет, лопастей несущего винта; из них изготавливают люки, двери, корпуса твердотопливных двигателей, различные емкости (баллоны высокого давления). Стеклотекстолиты широко используются в качестве плат печатных схем в бортовых ЭВМ.
Применение стеклопластиков позволяет облегчить вес конструкции ЛА на 25... 30 %, уменьшить трудозатраты. Бороеолокниты — композиционные материалы, содержащие в качестве упрочняющего наполиителя борные волокна, отличаются высокой твердостью, прочностью, жесткостью, высокой динамической и статической выносливостью. Борное волокно используется в виде лент (диаметром 3... 80 мм, длиной до 350 м) или листов (толщнной 1 и, длиной 3... 9 м). Бороволокниты имеют высокие пределы прочности при растяжении, сжатии и модуль упругости в направлении осей армирования. Большой диаметр волокон и модуль упругости способствуют повышению прочности боропластика при сжатии, при этом повышается чувствительность к разрушению отдельных волокон, уменьшается предел прочности по сравнению с аналогичным тонковолокнистым материалом.
В качестве связующего в боропластнках используются эпоксндные смолы (е„е до 200 'С), полиимиды (тр,е 300 'С), Борные волокна имеют полупроводниковые свойства, их присутствие в волокните придает ему повышенную тепло- и электропроводность. Чтобы предупредить повреждение борных волокон при укладке или в формах в процессе намотки их заранее распределяют по ленте из стеклянной ткани, покрытой связующим. 320 К недостаткам бороволокнитов относится трудность механической обработки. Бороволокииты применяют в деталях, где определяющим критерием качества материала являются удельные значения прочности и жесткости.
Однонаправленные бороволокниты применяют для изготовления профилей балок, стрингеров, роторов компрессоров, лопастей несущих и хвостовых винтов и вертолетов, отсеков фюзеляжа самолета. Одним из рациональных путей применения бороволокиитов является местное упрочнение металлических конструкций и повышение их жесткости в направлениях действия максимальных напряжений, В конструкции диска компрессора газотурбинного двигателя, выполненного нз титана, применение упрочняющих колец из бороволокна уменьшает массу на 40 '/о, сохраняя те же показатели прочности и надежности изделия.
Углеиластики содержат в качестве наполнителя углеродные волокна. От других пластиков конструкционного назначения углеволокниты выгодно отличаются низкой плотностью, высоким модулем упругости, высокой термостойкостью в бескислородной среде, низким коэффициентом термического расширения, низким коэффициентом трения, высокой изиосостойкостью, стойкостью к термическим и радиационным ударам, высокой тепло- и электропроводностью.
В качестве связующего для углеволокнитов конструкционного назначения применяются эпоксидные смолы различных составов. Их адгезия к углеродному волокну достаточно высока, они отверждаются без выделения низкомолекулярных веществ и изделия можно формовать при невысоком давлении, что особенно важно, если учесть хрупкость волокон. Изделия из эпоксикарбоволокнитов длительно работают при температурах до 200 'С. Более высокие рабочие температуры имеют изделия из феноуглеволокнитов (250 'С), волокнитов на основе кремнийорганических смол (до 300 'С) и полиимидов (до 330 'С).
Одним из факторов, способным улучшить усталостные характеристики карбоволокнитов, является меньшая, чем у стекловолокнитов, деформация при одинаковом уровне напряжения и, следовательно, меньшее растрескивание связующего. Высокую усталостную прочность высокомодульный эпоксикарбоволокнит сохраняет и при повышенной (до 200 'С) температуре. Высокое значение прочности и модуля упругости в сочетании с превосходной вибропрочиостью обусловливает применение высокомодульных углеволокнитов для изготовления рабочих и направляющих лопаток компрессора для ступеней низкого давления.
Высокая степень демпфированности карбоволокнитов при крутильных и изгибающих колебаниях обеспечивает значительное увеличение стойкости к флаттеру по сравнению с металлическими. Для высокомодульных карбоволокнитов характерна высокая 11 заназ м 2606 Т а б л и и а 37. Свойства карбоволокннтов б, Дт)тл Время фоРмоваииа, оя, МПа е ас, МПа ивг' а' МПа Материал нсп 55 250... 300 80 150...
170 900 900 1000 800 150 КМУ-8 (полиамидное связующее) КМУ-4 (эпоксидное связующее) Углеродное волокно итермопластичиая ма- трипа 4...5 5...6 0,5...! Рнс. )бб. Зависимость напряжения от деформанни при иагибе одианаправленнога впонсиоргановолонннта на основе арамиднога воланна н «омбнннраванного материала на его основе с поверхиастнмми слоями ив бороволохннта: ) — органоволоннит; Х вЂ” оргеноволохиит с паверхностиммн слоями на бороволоннита [содержание волокон бора Э,б и (объемн.)1; Э вЂ” органоволахннт с поверхиастиммн слоями ив боровалоннита [содержание воланон бора )т ел (абъемн.)1; а— япохсибороволаяивт теплопроводность, обусловленная специфическими свойствами углеродного волокна. Низкий, а для высокомодульных волокон даже отрицательный коэффициент термического расширения способствует стабильности размеров и формы изделий из карбоволокнитов при изменении температуры. Благодаря высокой электропроводности углеродного волокна углепластики могут выполнять функции антистатического или радиопоглощающего материала, применяемого в качестве электро- проводящих панелей отопления и антиобледенения самолета.
Низкий коэффициент трения наполнителя обусловливает применение их в узлах трения (высоконагревающихся подшипниках, дисках самолетных тормозов). Иногда прочность высокомодульных углеродных волокон оказывается недостаточной. В этом случае предлагается модифицировать углепластик путем частичной замены углеродного наполнителя на высокопрочное стекловолокно. В ряде случаев, в том числе и для теплозащиты конструкций, целесообразно сочетать в пластике углеродные волокна с жесткими волокнами бора. В табл.
37 приводятся свойства некоторых карбоволокнитов. Органопластики — материалы, в которых в качестве упрочняющей фазы используют синтетические волокна. Природа волокна и связующего одинакова, поэтому адгезия связующего к наполнителю достаточно высока. В качестве наполнителей применяют такие волокна, как капрон, лавсан, винол, наиболее перспективными являются материалы, в которых используются ароматические полиамидные волокна — СВМ (Кевлар, Рхт хх). Органопластики — материалы, в которых значения температурного коэффициента линейного расширения наполнителя и связующего близки, поэтому получается монолитная беспористая структура, вследствие химического взаимодействия связующего с наполнителем.
Волокна в органопластиках могут быть использованы в виде еоо () (() г,() 4() % жгутов, нитей, тканей и нетканых материалов. Связующими служат эпоксидные, полиэфирные смолы, полнимиды и др. Органопластики являются самыми легкими композиционными материалами. Монолитность структуры обеспечивает стойкость к ударным и циклическим нагрузкам, высокую виброст~йкос~ь. Основным недостатком конструкционных органопластиков на основе волокна СВМ является невысокая прочность этих ма ер алов при сжатии, невысокий модуль упругости. Для увелин тчения этих показателей часть синтетических волокон в органопластике заменяют углеродными, борными или стеклянными волокнами.
П На рис. 165 представлена зависимость напряжения деформаци рн изгибе однонаправленного эпоксиоргановолокнита на основе И арамндного волокна (Т = 300 кг/м'; КС() = 440 кДж/мв) и комбинированных материалов; органоволокнита с поверхностными слоями из бороволокнита (содержание борного волокна 17 % (объемн.), (у= 550 кг/м', КС(/= 264 кДж/м'), эпоксибороволокните, относящегося к первому типу гибридного компознта (у = = 2030 кг/м', КС(/ =- 44 кДж/м'); эпоксибороволокнита (у = =- 2080 кг/м', КС(/ = 44 кДж/м'). В табл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
