| Физико-механические свойства однонаправленных композиционных материалов с полимерной матрицей | |||||||
Материал |
Удель- Ная жест-кость Е /ρ, 10³ км |
Относи- тельное удли-нение при разрыве, % |
Удель- ная проч- ность σ/ρ, км |
Удар- ная вяз-кость, кДж/м² |
Сопро- тивление уста- лости на базе 10 |
Дли-тельная проч- нось при изгибе за 1000 ч, МПа |
Плот- ность, т/м³ |
| Карбоволокниты: | |||||||
| КМУ-1л | 8,6 | 0,5 | 46 | 50 | 300 | 480 | 1,4 |
| КМУ-1у | 12,2 | 0,6 | 70 | 44 | 500 | 880 | 1,47 |
| КМУ-1в | 11,5 | 0,6 | 65 | 84 | 350 | 900 | 1,55 |
| КМУ-2в | 6,2 | 0,4 | 30 | - | - | - | 1,3 |
| Бороволокниты: | |||||||
| КМВ-1м | - | 0,3-0,5 | - | 90 | 400 | 1370 | 2,1 |
| КМВ-1к | 10,7 | 0,3-0,4 | 43 | 78 | 350 | 1220 | 2,0 |
| КМВ-2к | 13,0 | 0,3-0,4 | 50 | 110 | 400 | 1200 | 2,0 |
| КМВ-3к | 12,5 | 0,3-0,4 | 65 | 110 | 420 | 1300 | 2,0 |
| Карбоволокнит с углеродной матрицей КУП-ВМ | - | - | - | 12 | 240 | - | 1.35 |
| Органоволокниты: | |||||||
| С эластичным волокном | 0,22-0,6 | 10-20 | 8-15 | 500-600 | - | - | 1,15-1,3 |
| С жестким волокном | 2,7 | 2-5 | 50 | - | - | - | 1.2-1,4 |
3.6. Бороволокниты.
Бороволокниты представляют собой композиции из полимерного связующего и упрочнителя – борных волокон.
Бороволокниты отличаются высокой прочностью при сжатии, сдвиге и срезе, низкой ползучестью, высокими твердостью и модулем упругости, теплопроводностью и электропроводимостью. Ячеистая микроструктура борных волокон обеспечивает высокую прочность при сдвиге на границе раздела с матрицей.
Помимо непрерывного борного волокна применяют комплексные боростеклониты, в которых несколько параллельных борных волокон оплетаются стеклонитью, предающей формоустойчивость. Применение боростеклонитей облегчает технологический процесс изготовления материала.
В качестве матриц для получения боровлокнитов используют модифицированные эпоксидные и полиимидные связующие. Бороволокниты КМБ-1 и КМБ-1к предназначены для длительной работы при температуре 200 °С; КМБ-3 и КМБ-3к не требуют высокого давления при переработке и могут работать при температуре не свыше 100 °С; КМБ-2к работоспособен при 300 °С.
Бороволокниты обладают высокими сопротивлениями усталости, они стойки к воздействию радиации, воды, органических растворителей и горючесмазочных материалов.
Поскольку борные волокна являются полупроводниками, то бороволокниты обладают повышенной теплопроводностью и электропроводимостью: λ = 45 кДж/(м∙К); α = 4∙10
С
(вдоль волокон); 
= 1,94∙10
Ом∙см; ε = 12,6÷20,5 (при частоте тока 10 Гц); tg δ = 0,02÷0,051 (при частоте тока 10 Гц). Для бороволокнитов прочность при сжатии в 2-2,5 раза больше, чем для карбоволокнитов.
Физико-механические свойства бороволокнитов приведены предыдущей таблицы.
3.7. Органоволокниты.
Органоволокниты представляют собой композиционные материалы, состоящие из полимерного связующего и упрочнителей (наполнителей) в виде синтетических волокон. Такие материалы обладают малой массой, сравнительно высокими удельной прочностью и жесткостью, стабильны при действии знакопеременных нагрузок и резкой смене температуры. Для синтетических волокон потери прочности при текстильной переработке небольшие; они малочувствительны к повреждениям.
К органоволокнитах значения модуля упругости и температурных коэффициентов линейного расширения упрочнителя и связующего близки. Происходит диффузия компонентов связующего в волокно и химическое взаимодействие между ними. Структура материала бездефектна. Пористось не превышает 1-3 % (в других материалах 10-20 %). Отсюда стабильность механических свойств органоволокнитов при резком перепаде температур, действии ударных и циклических нагрузок. Ударная вязкость высокая (400-700 кДж/м²). Недостатком этих материалов является сравнительно низкая прочность при сжатии и высокая ползучесть (особенно для эластичных волокон).
Органоволокниты устойчивы в агрессивных средах и во влажном тропическом климате; диэлектрические свойства высокие, а теплопроводность низкая. Большинство органоволокнитов может длительно работать при температуре 100-150 °С, а на основе полиимидного связующего и полиоксадиазольных волокон – при температуре 200-300 °С.
В комбинированных материалах наряду с синтетическими волокнами применяют минеральные (стеклянные, карбоволокна и бороволокна). Такие материалы обладают большей прочностью и жесткостью.
4. Экономическая эффективность применения композиционных материалов.
Области применения композиционных материалов не ограничены. Они применяются в авиации для высоконагруженных деталей самолетов (обшивки, лонжеронов, нервюр, панелей и т. д.) и двигателей (лопаток компрессора и турбины и т. д.), в космической технике для узлов силовых конструкций аппаратов, подвергающихся нагреву, для элементов жесткости, панелей, в автомобилестроении для облегчения кузовов, рессор, рам, панелей кузовов, бамперов и т. д., в горной промышленности (буровой инструмент, детали комбайнов и т. д.), в гражданском строительстве (пролеты мостов, элементы сборных конструкций высотных сооружений и т. д.) и в других областях народного хозяйства.
Применение композиционных материалов обеспечивает новый качественный скачек в увеличении мощности двигателей, энергетических и транспортных установок, уменьшении массы машин и приборов.
Технология получения полуфабрикатов и изделий из композиционных материалов достаточно хорошо отработана.
Композиционные материалы с неметаллической матрицей, а именно полимерные карбоволокниты используют в судо- и автомобилестроении (кузова гоночных машин, шасси, гребные винты); из них изготовляют подшипники, панели отопления, спортивный инвентарь, части ЭВМ. Высокомодульные карбоволокниты применяют для изготовления деталей авиационной техники, аппаратуры для химической промышленности, в рентгеновском оборудовании и другом.
Карбоволокниты с углеродной матрицей заменяют различные типы графитов. Они применяются для тепловой защиты, дисков авиационных тормозов, химически стойкой аппаратуры.
Изделия из бороволокнитов применяют в авиационной и космической технике (профили, панели, роторы и лопатки компрессоров, лопасти винтов и трансмиссионные валы вертолетов и т. д.).
Органоволокниты применяют в качестве изоляционного и конструкционного материала в электрорадиопромышленности, авиационной технике, автостроении; из них изготовляют трубы, емкости для реактивов, покрытия корпусов судов и другое.
5. Список литературы.
Лахтин Ю. М., Леонтьева В. П. Материаловедение: Учебник для высших технических заведений. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1990.
Материалы будущего: перспективные материалы для народного хозяйства. Пер. с нем./ Под ред. А. Неймана. – Л.: Химия, 1985.
Тарнопольский Ю. М., Жигун И. Г., Поляков В. А. Пространственно-армированные композиционные материалы: Справочник. – М.: Машиностроение, 1987.
Политехнический словарь. Гл. ред. И. И. Артоболевский. – М.: «Советская энциклопедия», 1977.
29-04-2015, 04:04