Изготовление пространственных армирующих структур

⇐ ПредыдущаяСтр 33 из 82Следующая ⇒

В основе производственного процесса изготовления углерод-углеродных конструкций находятся технологические процессы изготовления каркасов и насыщения их матричным материалом. Наиболее перспективным видом армирования УУКМ конструкционного назначения, как указывалось в предыдущей главе, является многонаправленное пространственное армирование. Такие образования называют пространственными армирующими структурами, а составляющие их компоненты — элементами пространственных армирующих структур. Для изготовления каркасов используют технологические методы намотки и выкладки, сшивки, ручного и автоматизированного плетения, ткачества. Кроме того, каркасы можно собирать из заранее отформованных (углеродных жгутов) и отвержденных стержней.

Основным структурным элементом ПАС из прямолинейных ЭПАС является параллелепипед, у которого три ребра, шесть диагоналей граней и четыре длинных внутренних диагонали образуют тринадцать направлений. Если параллелепипед является кубом, то, комбинируя направления трех подгрупп, можно образовать уравновешенные (сбалансированные) системы. Всего существует семь хорошо сбалансированных систем, изотропия которых растет с увеличением числа направлений: 32), 4Д ID (4+3), 92) (6+3), 102) (6+4), 132) (6+4+3).

264

3. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ МКМ И УУКМ

Основные характеристики некоторых ПАС приведены в табл. 3.2.

Таблица 3.2

Характеристики сбалансированных 3D, 4D, 6D конструкций из пучков волокон круглого сечения

		Структура
11аименование характеристик	3D	AD	6D
Размещение пучков волокон	Квадратная	В	В
	сетка	шахматном	шахматном
		порядке	порядке
Углы между пучками стержней	2x90°	3 х 70,5°	1 х 90°, 3 х 60°
Компактность, %	59	68	49,4
Пористость	Закрытая	Открытая	Открытая
Изотропия	Слабая	Хорошая	Близкая к совершенной
Жесткость	Слабая	Хорошая	Отличная
Расслоение	Возможно	Невозможно	Невозможно
Минимальная поверхность
стержней в срезе плоскости, %	19,7	34,0	24,7

Для армирования УУКМ теплонапряженных толстостенных деталей практическое применение нашли ПАС типа 32), 42). При этом наиболее перспективной считают структуру 42), которая имеет преимущества не только перед 32), но и перед 62) и выше, так как будучи более изотропными, последние в то же время сложны и трудны в изготовлении, а также имеют меньшее содержание волокон в сечении, чем 32) и 42).

Среди модифицированных ПАС особое место занимают структура 42)-Л, у которой в плоскости х—у размещаются три группы волокон, смещенные между собой на угол 60°, и структура 52)-Л, у которой в плоскости х—у в дополнение к волокнам со структурой 0...90⁰ укладываются волокна под 45° (см. рис. 1.28).

В том случае, когда необходимо улучшить свойства в одном направлении, но без риска расслоения, разработана 52)-струк-тура, в которой пять направлений в параллелепипеде определяются четырьмя длинными диагоналями и одним из трех

265

3.4. Технология изготовления конструкций из УУКМ

ребер. Практически это основной пучок волокон, заключенный в 41)-структуру. Эта структура имеет те же преимущества, что и 4/)-структура. Она, как и ЗД имеет осевую симметрию четвертого порядка относительно основного направления, что упрощает теоретические расчеты механических и теплофизичес-ких свойств изделий из таких упрочненных в одном направлении конструкций со структурой 5D.

Если необходимо упрочнение в двух направлениях, то используют 6D-структуру, которая отличается от ранее рассмотренной тем, что два основных пучка ориентированы под углом 90° в одной плоскости по ребрам куба и связаны четырьмя более тонкими пучками, размещенными по типу AD.

В рассмотренных выше структурах все ЭПАС выполнены прямолинейными и объединены в комплекты, ориентированные по характеристическим направлениям. Уже само по себе существование этих преимущественных направлений указывает на отсутствие полной изотропии композита (в частности, в аспекте его механических и теплофизических свойств).

Если в конкретных условиях эксплуатации (например, в условиях трения, абразивного износа, абляции) структурные свойства поверхности композита являются определяющими и если поверхность композита не ориентирована по характеристическим для данной структуры направлениям, то анизотропия обусловливает нежелательную гетерогенность свойств композита. Именно такая ситуация типична при использовании УУКМ (ЗО-каркас из армирующих углеродных элементов, пропитанный углеродом) в высокоэнергетических газовых трактах.

Несмотря на то, что углерод-углеродный композит с прямолинейными ЭПАС в силу жаростойкости и механических и термических свойств обеспечивает высокие эксплуатационные свойства изделий, нужно учитывать следующее. Если изделие изготовлено из УУКМ с прямолинейной ПАС, то в различных зонах поверхности тракта ПАС ориентирована к ней под разными углами. Это способствует неравномерной скорости уноса композитного материала в различных точках поверхности, омываемой горячими газами. В результате нарушается режим газового потока. Следствием этого является различная скорость уноса и снижение рабочих характеристик изделий. С целью

266

3. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ МКМ И УУКМ

сочетания преимуществ пространственного армирования с равномерностью ориентации на цилиндрической поверхности разработан целый ряд ПАС, содержащих криволинейные армирующие элементы и практически воспроизводящих форму изделия, что делает их более экономичными.

В зависимости от пространственной ориентации ЭПАС существует три принципиально отличающихся схемы армирования на основе 3/)-структуры и одна схема на основе 40-J1. Согласно первой схеме, z-волокна ориентированы по радиальному направлению, х-волокна - по аксиальному и у-волокна -по циркулярному направлениям. В соответствии со второй схемой г-волокна ориентированы по радиальному направлению, ахну располагаются послойно в коаксиальных слоях по спиральным траекториям. В третьем случае z-волокна располагаются в аксиальном направлении, а х и у расположены по перекрестным траекториям с равными углами наклона относительно радиального направления. И наконец, согласно четвертой схеме армирования, z-волокна располагаются по радиальному направлению, второй пучок волокон - по аксальному направлению, а третий и четвертый - по спиральным траекториям, причем элементы второго, третьего, четвертого направлений располагаются в коаксиальных слоях и взаимно переплетены.

Рассмотренные конструкции наполнителей обладают теми же преимуществами и недостатками, что и прямолинейные конструкции со структурой 3D и 4D-JI. Кроме того, они характеризуются переменной компактностью, уменьшающейся в радиальном направлении от внутренней поверхности к наружной.

Разработаны также ПАС для пустотелых тел вращения на основе 41)-структуры. В зависимости от ориентации относительно оси изделия предлагается 16 различных вариантов.

Пространственные армирующие структуры получают плетением волокнистых жгутов или сборкой из жестких стержней.

Дата добавления: 2018-05-02; просмотров: 609; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 28 29 30 31 323334 35 36 37 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!