Студопедия  
Главная страница | Контакты | Случайная страница

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

III Композиционные материалы на неметаллической основе. (Пластики)

Читайте также:
  1. C) Слизистая оболочка тонкая, выстлана многослойным плоским неороговевающим эпителием, собственная пластинка образует короткие сосочки и прилегает к подслизистой основе.
  2. II. Материалы судебной (и иной юридической) практики.
  3. III. МАТЕРИАЛЫ ТЕКУЩЕЙ И ИТОГОВОЙ АТТЕСТАЦИИ
  4. V. Материалы к семинару-практикуму.
  5. VII. Материалы для итогового контроля знаний студентов
  6. VII. Электронные материалы
  7. Аккредитацию организаций, управляющих имущественными правами на коллективной основе.
  8. Архивные материалы
  9. В подкладочные материалы для изделий пальтового ассортимента (9 класс) допускается вложение 100% синтетических волокон.

В качестве матрицы в композиционных материалах на неметаллической основе служат отвержденные термореактивные смолы: эпоксидные, полиэфирные, фенольные, полиамидные и др. Наполнителем могут быть стеклянные, углеродные, органические, борные волокна.

Композиты, упрочненные однотипными волокнами, получили называние по типу волокна.

КМ, содержащий наполнитель в виде длинных стекловолокон, располагающихся ориентированно отдельными прядями, называют ориентированным стекловолокнитом. Неориентированные стекловолокниты в качестве наполнителя содержат короткое волокно. В том случае, если в качестве наполнителя служит стеклоткань, - стеклотекстолитом. Соответственно, углеволокнит, бороволокнит, органоволокнит (органит).

Преимущества таких материалов:

  1. малая плотность;
  2. высокая удельная прочность, удельная жесткость;
  3. стойкость к воздействию агрессивных сред;
  4. хорошие антифрикционные или фрикционные (в зависимости от вида КМ) свойства;
  5. высокие теплозащитные и амортизационные свойства.
  6. простота, технологичность и дешевизна производства из них деталей.

Недостатки:

1. низкая прочность и жесткость при сжатии и сдвиге;

2. снижение прочности при повышении температуры до 100 -200 0С (в некоторых случаях до 300 0С);

3. изменение физико-механических характеристик при старении и под воздействием климатических факторов.

В композиции с полимерной матрицей усилие от матрицы к армирующему элементу (наполнителю) передается за счет сил межмолекулярного взаимодействия и осуществляется за счет адгезии. Обеспечить прочную связь между волокном и матрицей можно при полном смачивании жидким связующим. В этом случае поверхностная энергия волокна должна быть больше поверхностного натяжения жидкой матрицы. Среди полимеров жидкая эпоксидная смола лучше других полимеров смачивает углеродные и борные волокна. На практике повышение энергии поверхности волокон, а, следовательно, увеличения адгезии достигают травлением, окислением волокон.

Технология производства изделий из композиционных материалов с полимерной матрицей включает следующие основные операции:

1) подготовка упрочняющих волокон (наполнителя):

– удаление замасливателя;

- нанесение на поверхность водоотталкивающих покрытий;

- снование, т.е. перемотка и укладывание волокон или лент в однонаправленную полосу – ровнину;

2) приготовление связующего (матрицы):

- проверка компонентов связующего;

- приготовление смеси компонентов (компаунда);

3) пропитка:

- пропитка волокон связующим;

- подсушивание и частичное отверждение;

4) формование;

5) отверждение;

6) удаление оправки;

7) контроль качества изделий;

8) механическая доработка и соединение с другими деталями.

 

Свойства КМ с волокнистым наполнителем определяют из уравнения аддитивности свойств.

ХК ∙VК = ХН ∙ VН + ХМ ∙VМ,

 

где ХК, ХН и ХМ - соответственно свойство готового композиционного материала, наполнителя и матрицы;

а VМ, VН и VМ - соответственно их объемные доли.

Непрерывные волокна могут быть ориентированы в матрице в различных направлениях. Основным недостатком КМ с одно или двумерным армированием (под углом 720) является низкая межслоевая прочность. Этого недостатка лишены КМ с объемным армированием.

КМ с наполнителем из непрерывных волокон получают путем намотки их на шаблон детали с последующей пропиткой образовавшегося каркаса полимерной смолой.

Стекловолокниты (стеклопластики). Однонаправленные стекловолокниты отличаются высокой анизотропией свойств. Наибольшую прочность и жесткость такие композиции имеют вдоль волокон. Этот недостаток устраняют в перекрестно армированных ориентированных стеклопластиках, в которых волокна расположены по различным направлениям.

СВАМ - стекловолокнистый анизотропный материал содержит стеклянные нити, которые по выходе из фильер, склеенные между собой в полосы, укладывают затем под углом 90 град. Связующим выступают различные смолы. В случае соотношения слоев 10:1 предел прочности до 950 МПа, модуль упругости до 58 МПа. Оптимальное содержание наполнителя 65-67%. Уменьшая диаметр волокон и вводя в матрицу монокристаллы Аl2О3, добиваются увеличения прочности стеклопластика до 2400 МПа. Плотность стеклопластиков 1,5 – 2,0 г/см3. Поэтому их удельные характеристики прочности сопоставимы с соответствующими характеристиками сталей. Стеклопластики способны длительное время работать при 200-300 0С. В течение десятков секунд они выдерживают температуры в несколько тысяч градусов.

Стеклотекстолиты. Из стеклянных нитей получают ткани, которые используют в качестве упрочнителя. Стеклянные нити по типу переплетения подразделяют на ткани полотняного, саржевого, сатинового и кордового плетения. Сатиновое переплетение наиболее редкое, а, учитывая высокую хрупкость стекловолокон, возможность их взаимного перетирания и разрушения под давлением, такие стеклотекстолиты лучше работают в конструкциях.

Загрузка...

Неориентированные стекловолокниты содержат хаотично расположенные в плоскости или в пространстве дискретные короткие волокна. Для них характерна большая изотропия свойств, но меньшая прочность и жесткость. Для получения КМ с наполнителем из дискретных волокон используют пресс-массы, которые выпускают в виде сыпучей смеси, состоящей из полимера и наполнителя. В качестве наполнителя наиболее широко распространено рубленое стекловолокно. Путем прессования из пресс-массы получают детали сложной конфигурации конструкционного, радио- и электротехнического назначения. Предел прочности на растяжение лучших марок таких КМ соответствует уровню прочности высокопрочных алюминиевых сплавов.

Плотность стеклопластиков составляет 1,5 – 2,0 г/см3. Поэтому удельная прочность стеклопластиков сопоставима с удельной прочностью стали. Лучшие свойства обнаруживают стеклопластики на основе эпоксидной и фенолформальдегидной смол. Некоторые марки стеклотекстолитов способны выдерживать при изгибе до 1,5∙107 циклов.

По применению стеклопластики делят на конструкционные, электротехнические и радиотехнические. Однонаправленные стекловолокниты применяют для изготовления труб и различных профилей. Неориентированные пластики применяют в производстве корпусов лодок, автомобилей, катеров, мебели, покрытий полов, облицовки бытовых и железобетонных конструкций.

Стеклопластики с перекрестным армированием используют в конструкциях типа оболочек, в секциях крыльев, хвостового оперения и фюзеляжа самолетов, лопастей вертолетов, корпуса ракет, корпуса твердотопливных двигателей, футеровку емкостей для химического машиностроения.

Углепластики (карбоволокниты) по удельной прочности и жесткости существенно превосходят стеклопластики, сталь, алюминиевые и титановые сплавы. Но анизотропия свойств углепластиков выражена еще более резко, чем у стеклопластиков. Углепластики отличаются высоким усталостным сопротивлением нагрузкам по сравнению со стеклопластиками, что снижает вероятность растрескивания матрицы. По вибропрочности и демпфирующей способности углепластики превосходят многие металлы. Детали, выполненные из углепластика, с изменением температуры мало изменяют размеры и форму. Из-за высокой электропроводности и теплопроводности углепластики применяют в электрообогревающих устройствах. Большое распространение углепластики получили как конструкционный материал в отраслях новой техники: в авиации, космонавтике, ядерной технике. Из них выполнены конструкции, работающие на устойчивость под воздействием внешнего изгибающего момента, давления: лопасти несущего винта вертолетов; корпуса компрессоров и вентиляторов, вентиляторные лопатки; диски статора и ротора компрессора низкого давления авиационных двигателей. В результате применения углепластиков в этих узлах взамен металлических масса двигателя снижается на 15 – 20 %.

В космической технике из углепластиков изготавливают панели солнечных батарей, баллоны высокого давления, теплозащитные покрытия.

Углепластики стойки в агрессивных средах, поэтому их используют в производстве насосов для перекачки коррозионноактивных жидкостей.

Применение углепластиков в конструкциях самолетов сдерживается из-за неизбежной дефектности структуры в виде трещин, пор, которые закладываются на начальной стадии смачивания наполнителя жидкой матрицей.

Боропластики (бороволокниты) наибольшее применение нашли в авиационной технике. Их высокая прочность и жесткость при сжатии используется в конструкциях летательных аппаратов: балок, стоек, шасси, стрингеров. Широко используют боропластики в качестве усиливающих элементов металлических силовых конструкций. Например, применение упрочняющих колец из боропластика в конструкции диска, выполненного из титанового сплава, в компрессоре газотурбинного двигателя уменьшает его массу на 40 % при сохранении показателей надежности и прочности изделия.

Органоволокниты (органиты, органопластики) – КМ, состоящие из полимерной матрицы и наполнителя в виде синтетических волокон: капрона, нитрона, нейлона, лавсана.

Природа материала волокна и матрицы одинакова, поэтому между ними осуществляется наиболее высокая адгезия, что позволяет получать органопластики с практически беспористой структурой и стабильными механическими свойствами. Механические свойства органопластиков зависят от типа волокна. Объемная доля волокна составляет 35 – 37 %. Слабые межмолекулярные связи в волокнах являются причиной низкой прочности и жесткости при сжатии. Предельная деформация при сжатии определяется искривлением волокон, а не их разрушением. Большинство органопластиков может длительное время работать при 100 – 150 0С.

Органопластики обладают высоким сопротивлением знакопеременным нагрузкам и имеют высокие теплозащитные свойства.

Органоволокниты используют в элементах несущих и вспомогательных конструкций современных самолетов и вертолетов. Их применяют для обшивки самолетов и [SAA1] вертолетов, лопастей несущих винтов вертолетов, в паркетных панелях, в сотовых конструкциях. Применение органоволокнитов на 20-40% снижает массу деталей при сохранении их эксплуатационной надежности.

 

 

Обработка и соединение композиционных материалов

 

Соединение КМ производят через матрицу, по прочности существенно уступающей материалу наполнителя. КМ на металлической основе соединяют точечной или диффузионной сваркой, пайкой, с помощью болтов, заклепок, клея.

Наиболее надежным и дешевым способом соединения композиционных материалов является точечная сварка. Сварка КМ требует тщательного выбора режимов, обеспечивающих плавное регулирование давления и температуры, при которых бы упрочняющие волокна не подвергались длительному нагреву и не перерезались.

КМ, армированные металлическими и углеродными волокнами можно обрабатывать методами механической обработки: резкой, фрезерованием, сверлением, шлифованием.

Необходимо отметить, что механическая обработка КМ, армированных волокнами, методами резания крайне затруднена. Для ее проведения применяют дорогостоящий алмазный или твердосплавный инструмент. При сверлении, например, используют сверла с алмазным покрытием режущей кромки с охлаждением инструмента эмульсией. Наибольшие трудности возникают при армировании вольфрамовой проволокой диаметром, большим 0,3 мм.

 

Контрольные вопросы

  1. Что представляет собой композиционный материал? Дайте определение и назовите основные признаки.
  2. Назовите признаки, по которым классифицируют композиционные материалы. Приведите пример классификации.
  3. Приведите примеры материалов матриц и наполнителя.
  4. В чем заключается преимущество твердых сплавов по сравнению с теплостойкими инструментальными сталями типа Р18 или Р6М5?
  5. В чем заключается преимущество КМ САП и по сравнению с жаропрочными сплавами Д19, Д20 и КМ ВДУ по сравнению с жаропрочными сталями и никелевыми сплавами?
  6. В чем заключаются преимущества КМ на неметаллической основе?
  7. Что такое стеклопластики? Область его применения
  8. Что такое СВАМ?
  9. Что такое бороволокниты? Область его применения.
  10. Что такое углепластики? Область их применения.
  11. Что такое органоволокниты? Область их применения.
  12. В чем заключаются особенности соединения и механической обработки КМ?

 

 


Дата добавления: 2014-12-19; просмотров: 59 | Нарушение авторских прав




lektsii.net - Лекции.Нет - 2014-2017 год. (0.013 сек.)