Механические характеристики некоторых металлических волокон

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 82Следующая ⇒

Материал	Плотность ρ*10~³, кт/м³	Диаметр d, мкм	Модуль упругости Е⁺₁, ГПа	Средняя прочность σ⁺₁, ГПа
Алюминий	2,7	-	70	0,29
Бериллий	1,85	130	310	1,1
Гитан	4,5	-	120	0,55
Кремний	2,5	-	72	1,0
Сталь ВНС-9	7,8	100-300	200	3,5-3,8
Молибден и
ванадий ( +5 %)	-	250	334	1,8-2,0
Вольфрам	19,3	50	410	3,3

Волокна с металлическими покрытиями

Волокна конструкционных композитов в ряде случаев имеют покрытия, выполняющие различные функции: защиту

К основным технологическим способам нанесения на волокно различных металлических покрытий относятся: осаждение из газовой фазы, металлизация в паровой фазе, металлизация из расплава.

Для покрытия волокон используют такие металлы, как никель, железо, молибден, цирконий, алюминий, медь и др.

На рис. 1.9 показана схема установки для нанесения покрытия на волокно из расплава металла.

Рис.1.9. Схема установки для металлизации стекловолокна из расплава

Металлизированные волокна успешно применяют в некоторых кон-струкциях реактивных самолетов, космических летательных аппаратов, для производства фильтров, гибких плас-тип, электродов аккумуляторов и т.п.

Короткие армирующие волокна

В промышленности используют разнообразные виды корот-конолокнистой арматуры в качестве наполнителей для различных типов пластмасс.

Измельченные минеральные волокна получают при механической переработке минеральной ваты, в состав которой входят силикатный кальций (75 %) и легкие металлы (25 %), до образования легкосыпучего порошка, состоящего из коротких волокон средней длиной до 270 мм и диаметром от 1 до 10 мкм (табл. 1.8).

Таблица 1.8 Характеристики коротких волокон

	Отношени
	длины		Плотность	Средняя	Модуль
Волокна	к их диаметру l/d	Диаметр d, мкм	ρ*10~³ кг/м³	прочйость σ⁺₁, ГПа	упругости Е⁺₁, ГПа
Намельченные
минеральные	30-300	1-10	-	1,4	103
Франклин	40	2	-	-	-
Файбекс	40	0,1-0,15	3,2	6,9	276

Измельченные минеральные волокна можно использовать в качестве наполнителей термопластов и реактопластов.

Нитевидные кристаллы (усы) — монокристаллические волокна, выращенные в специальных условиях. В настоящее время имеется более 100 типов усов из металлов, карбидов, оксидов металлов и других соединений. Усы имеют механическую прочность, эквивалентную прочности связи между атомами, что обеспечивается бездефектностью структуры нитевидных монокристалло

Наибольшие успехи достигнуты в выращивании этим методом усов сапфира (ά - А1₂0₃) и карбида кремния, однако этот процесс пока еще малопроизводительный (около 1 кг усов сапфира в течение недели). Поэтому стоимость нитевидных кристаллов высокая и несмотря на исключительные механические свойства, их производство и применение огчраничено, и усы следует рассматривать как материалы будущего. Наиболее перспективным методом выращивания усов является метод осаждения из газовой фазы.

Усы обладают одновременно достоинствами стеклянных и борных волокон: их предельное удлинение как у стеклянного волокна (3...4 %), а модуль упругости — как у борного (более 500 ГПа). При этом разрушающее напряжение при растяжении усов в 5—10 раз больше, чем у стеклянных и борных волокон.

Характеристики некоторых видов нитевидных кристаллов приведены в табл. 1.9.

Таблица 1.9

Характеристики нитевидных кристаллов

Кристалл	Плотность ρ*10~³, кг/м³	Температура плавления, К	Средняя прочность σ⁺₁, ГПа	Модуль упругости Е⁺₁, ГПа
Оксид магния •	3,6	3072	24,1	310,3
1 "рафит	2,2	866	20,7	980
Нитрид алюминия	3,3	472	17,0	345
Оксид алюминия	3,9	2327	28,0	500
Нитрид кремния	3,2	2173	15,0	495

Монокристаллические волокна имеют огромные потенциальные возможности для создания новых жаропрочных материалов и применения их в различных отраслях техники.

Тканые армирующие материалы

Рис. 1.11.Классификация тканых армирующих материалов

Тканые материалы на основе различных типов высокопрочных волокон, используемые в качестве арматуры при изготовлении слоистых композитов, классифицируют по материал о-ведческому и конструктивному признакам (рис. 1.11). Необходимую для определенных целей анизотропию механических характеристик слоистых композитов достигают за счет варьирования соотношения волокон в основе и утке ткани.

1.2. Армирующие волокнистые наполнители

Ткань изготавливают на ткацком станке переплетением двух взаимноперпендикулярных систем нитей пряжи — основных и уточных. Основные нити (основа) располагаются по длине Куска ткани, а уточные (уток) - по его ширине, от кромки к кромке.

Рис. 1.12. Схема ткацкого станка: 1 — основной валик; 2 — товарный валик; 3 — налево; 4 — зев; 5 — челнок; 6 — бердо; 7 — опушка ткани

Процесс ткачества заключается в том, что основные Нити, перематываясь на ткацком станке (рис. 1.12) с основного валика (навоя) на товарный валик, переплетаются С нитями утка. Каждая основная нить проходит через отдельное небольшое колечко (чалево), причем для образования зева, в который попадает уточная нить, одновременно часть основных нитей поднимается чалевами, а другая часть опускается. Челнок с уточной нитью, намотанной па шпулю, механически прокидывается с одной стороны станка на другую через зев, образованный основными нитями. Оставшаяся в зеве уточная нить, смотавшаяся со шпульки челнока, пробивается к краю (опушке) ткани бердом (стальной гребенкой, сквозь зубья которой проходят после прохождения чалев основные нити). Затем бердо отходит от опушки ткани, под-пятые нити основы опускаются; опущенные поднимаются и в новый зев вновь прокладывается нить утка.

Основные технические характеристики ткани следующие: волокнистый состав, вид переплетения, способ отделки, ширина, толщина, масса квадратного метра, число нитей основы п 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 утка.

42 43

1.2. Армирующие волокнистые наполнители

В промышленности используют ткани, имеющие различные типы переплетения. Наиболее простым и широко применяемым является полотняное переплетение (рис. 1.13): каждая нить основы и утка проходит поочередно сверху и

Рис. 1.13. Схема полотняного перепле- снизу пересекающихся нитей.

тения Сатиновым называют пере-

Рис. 1.14.Схема сатинового переплетения

плетение (рис. 1.14), при котором каждая нить проходит поочередно сверху, а затем снизу пересекающей ее нити. Более сложный тип переплетения — саржевое (рис. 1.15), при котором нити основы и утка проходят поочередно сверху и снизу двух и четырех пересекающих их нитей. В некоторых случаях применяют трехмерные типы переплетений (рис.1.16).

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 Рис. 1.15.Схема саржевого переплете- Широкие. Ткани шириной

ния (2x2) 0,5...7,5 см и более называют

Рис. 1.16.Схемы многослойного переплетения

ткаными лентами.

Ткани массой до 100 т/м¹ считают легкими, массой от 100 до 500 г/м² — имеющими среднюю массу и ткани массой свыше 500 г/м — тяжелыми.

В отечественной промышленности наиболее широко распространены ткани на основе стеклянных, органических и углеродных волокон. Выпускаемые стеклоткани различаются составом стекла, характеристиками нитей, типом переплетения, толщиной, прочностью, плотностью укладки подокон и другими показателями (табл. 1.10).

Таблица 1.10 Характеристики тканей на основе стеклянных волокон

Марка ткани	Тип переплетений нитей	Поверхностная плотность т, кг/м²	Толщина h, мм	Плотность укладки нитей, текс/мм		Средняя прочность σ⁺₁, ГПа
				по основе	по утку	по основе	по утку
Т - 10 Т - 10-80 Т - 11 Т - 11-752 Т - 11-ГВС-9 Т - 12 Т - 12-41 Т - 12-ГВС-9 Т - 13 Т - 14 Т - 14-78 А - 1 А - 2 ТСУ-8/ Э-ВM-78 ТУ ПР ТС-5Н-78 МТТС-2,1	Сатин 8/3 Сатин 8/3 или 5/3 Полотно Сатин 8/3 • полотно Трехмерное переплетение	0,29 0,29 0,39 0,39 0,39 0,37 0,37 0,37 0,29 0,31 0,31 0,11 0,7 0,32 0,29 0,30 2,10	0,23 0,25 0,30 0,30 0,30 0,30 0,30 0,30 0,27 0,29 0,29 0,10 0,06 0,27 0,26 0,47 2,20	187 104 187 104 238 140 238 140 238 140 229 135 229 135 229 135 173 108 173 140 173 140 54 54 34 27 134 179 170 104 144 144		0,47 0,26 0,51 0,29 0,39 0,23 0,39 0,23 0,27 0,14 0,39 0,23 0,36 0,19 0,27 0,14 0,30 0,19 0,28 0,23 0,29 0,24 0,24 0,24 0,20 0,17 0,33 0,43 0,32 0,22 0,13 0,13 0,25 0,18

1. КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ КОМПОНЕНТЫ

1.3. Матричные материалы

Органоткани отличаются достаточно высокой термостойкостью, 'обладают малой усадкой по сравнению с тканями на основе других типов волокон (табл. 1.11).

Таблица 1.11 Характеристики тканей на основе органоволокон

Марка ткани (страна)	Тип переплетения нитей	Поверхностная плотность т, кг/м²	Толщина h, мм	Плотность укладки нитей, текс/мм		Средняя прочность σ⁺₁ ГПа		Предельная деформация ε, %
				по основе	по утку	по основе	по утку	по основе	по утку
свм (Россия)	Полотно Рогожка 2/2 Сатин 8/3 Однонаправленная лента	0,11 0,075 0,18 0,11 0,16 0,17	0,45 0,25-0,3 0,15 0,35 0,20 0,40 0,35	142 142 44,1 47 26,5 30 59 74 43 44 75 69 168 25,7		0,39 0,39 0,24 0,27 0,28 0,35 0,27 0,31 0,26 0,26 0,26 0,21 71		14 12 10 9 9 11 10 10 12 9 7,5
Кев-лар-49 (США)	Полотно	-	0,45	140 130		-		-

Тканые слоистые органопластики обладают по сравнению со стеклопластиками более высокими прочностными и жест-костными 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 виде однонаправленных лент (кордовые ткани) или они имеют полотняное либо сатиновое плетение.

1.3. Матричные материалы

Матрица является важнейшим компонентом композита. Требования, предъявляемые к матрицам, можно подразделить па эксплуатационные и технологические. К первым относятся требования, обусловленные механическими и физикохимичес-кими свойствами материала матрицы, которые обеспечивают работоспособность композиции при действии различных эксплуатационных факторов. Механические свойства матрицы должны обеспечивать эффективную совместную работу армирующих волокон при различных видах нагрузок. Прочностные характеристики материала матрицы являются определяющими при сдвиговых нагрузках, нагружении композиции в направлениях, отличных от ориентации волокон, а также при циклическом нагружении. Природа матрицы определяет уровень рабочих температур композита, 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 деформаций, ухудшается несущая способность композита, особенно при сжатии и сдвиге. Матрица также характеризует устойчивость материала к воздействию внешней среды, химическую стойкость, частично теплофизи-ческие, электрические и другие свойства.

Технологические требования к матрице определяются осуществляемыми обычно одновременно процессами получения композита и изделия из него. Суть этих процессов заключается и совмещении армирующих волокон с матрицей и окончательном формообразовании изделия. Цель проводимых технологических операций — обеспечение равномерного (без касания между собой) распределения волокон в матрице при заданном их объемном содержании; максимально возможное сохранение прочностных свойств волокон; создание достаточного прочного взаимодействия на границе раздела волокно — матрица. В связи с этим выдвигают определенные требования к материалу матрицы: хорошее смачивание волокна жидкой матрицей в процессе пропитки; возможность предварительного изготовления

полуфабрикатов (например, препрегов) с последующим изготовлением из них изделий; качественное соединение слоев композита в процессе формования; невысокая интенсивность параметров окончательного формообразования (например, температуры и давления); обеспечение высокой прочности сцепления матрицы с волокном, небольшая усадка и т.д.

В настоящее время наиболее широко распространены волокнистые материалы на полимерной и металлической матрицах.

Дата добавления: 2018-05-02; просмотров: 855; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!