Композиционные материалы (композиты)

| Категория реферата: Рефераты по технологии
| Теги реферата: картинки реферат, менеджмент
| Добавил(а) на сайт: Buklin.

Стекловолокниты могут работать при температурах от –60 до 200 °С, а также в тропических условиях, выдерживать большие инерционные перегрузки.
При старении в течение двух лет коэффициент старения К [pic] = 0,5ч0,7.
Ионизирующие излучения мало влияют на их механические и электрические свойства. Из них изготовляют детали высокой прочности, с арматурой и резьбой.

3.4. Карбоволокниты.

Карбоволокниты (углепласты) представляют собой композиции, состоящие из полимерного связующего (матрицы) и упрочнителей в виде углеродных волокон (карбоволокон).

Высокая энергия связи С-С углеродных волокон позволяет им сохранить прочность при очень высоких температурах (в нейтральной и восстановительной средах до 2200 °С), а также при низких температурах. От окисления поверхности волокна предохраняют защитными покрытиями (пиролитическими). В отличие от стеклянных волокон карбоволокна плохо смачиваются связующим
(низкая поверхностная энергия), поэтому их подвергают травлению. При этом увеличивается степень активирования углеродных волокон по содержанию карбоксильной группы на их поверхности. Межслойная прочность при сдвиге углепластиков увеличивается в 1,6-2,5 раза. Применяется вискеризация нитевидных кристаллов TiO[pic], AlN и Si[pic]N[pic], что дает увеличение межслойной жесткости в 2 раза и прочности в 2,8 раза. Применяются пространственно армированные структуры.

Связующими служат синтетические полимеры (полимерные карбоволокниты); синтетические полимеры, подвергнутые пиролизу (коксованные карбоволокниты); пиролитический углерод (пироуглеродные карбоволокниты).

Эпоксифенольные карбоволокниты КМУ-1л, упрочненные углеродной лентой, и КМУ-1у на жгуте, висскеризованном нитевидными кристаллами, могут длительно работать при температуре до 200 °С.

Карбоволокниты КМУ-3 и КМУ-2л получают на эпоксианилиноформальдегидном связующем, их можно эксплуатировать при температуре до 100 °С, они наиболее технологичны. Карбоволокниты КМУ-2 и
КМУ-2л на основе полиимидного связующего можно применять при температуре до
300 °С.

Карбоволокниты отличаются высоким статистическим и динамическим сопротивлением усталости, сохраняют это свойство при нормальной и очень низкой температуре (высокая теплопроводность волокна предотвращает саморазогрев материала за счет внутреннего трения). Они водо- и химически стойкие. После воздействия на воздухе рентгеновского излучения [pic] и Е почти не изменяются.

Теплопроводность углепластиков в 1,5-2 раза выше, чем теплопроводность стеклопластиков. Они имеют следующие электрические свойства: [pic] = 0,0024ч0,0034 Ом·см (вдоль волокон); ? = 10 и tg [pic]=
0,001 (при частоте тока 10[pic] Гц).

Карбостекловолокниты содержат наряду с угольными стеклянные волокна, что удешевляет материал.

3.5. Карбоволокниты с углеродной матриццей.

Коксованные материалы получают из обычных полимерных карбоволокнитов, подвергнутых пиролизу в инертной или восстановительной атмосфере. При температуре 800-1500 °С образуются карбонизированные, при
2500-3000 °С графитированные карбоволокниты. Для получения пироуглеродных материалов упрочнитель выкладывается по форме изделия и помещается в печь, в которую пропускается газообразный углеводород (метан). При определенном режиме (температуре 1100 °С и остаточном давлении 2660 Па) метан разлагается и образующийся пиролитический углерод осаждается на волокнах упрочнителя, связывая их.

Образующийся при пиролизе связующего кокс имеет высокую прочность сцепления с углеродным волокном. В связи с этим композиционный материал обладает высокими механическими и абляционными свойствами, стойкостью к термическому удару.

Карбоволокнит с углеродной матрицей типа КУП-ВМ по значениям прочности и ударной вязкости в 5-10 раз превосходит специальные графиты; при нагреве в инертной атмосфере и вакууме он сохраняет прочность до 2200
°С, на воздухе окисляется при 450 °С и требует защитного покрытия.
Коэффициент трения одного карбоволокнита с углеродной матрицей по другому высок (0,35-0,45), а износ мал (0,7-1 мкм на тормажение).

Физико-механические свойства карбоволокнитов приведены в следующих таблицах.

|Физико-механические свойства однонаправленных композиционных материалов с |
|полимерной матрицей |
| |Предел прочности, МПа |Модуль упругости, ГПа |
|Материал | | |
| |При |При |При |При |При |При |При |
| |растяжении|сжатии|изгибе|сдвиге|растяжении|изгибе|сдвиге|
|Карбоволокниты: | |
|КМУ-1л |650 |350 |800 |25 |120 |100 |2,8 |
|КМУ-1у |1020 |400 |1100 |30 |180 |145 |3,50 |
|КМУ-1в |1000 |540 |1200 |45 |180 |160 |5,35 |
|КМУ-2в |380 |- |- |- |81 |- |- |
|Бороволокниты: | |
|КМВ-1м |1300 |1160 |1750 |60 |270 |250 |9,8 |
|КМВ-1к |900 |920 |1250 |48 |214 |223 |7,0 |
|КМВ-2к |1250 |1250 |1550 |60 |260 |215 |6,8 |
|КМВ-3к |1300 |1500 |1450 |75 |260 |238 |7,2 |
|Карбоволокнит с |200 |260 |640 |42 |160 |165 |- |
|углеродной | | | | | | | |
|матрицей КУП-ВМ | | | | | | | |
|Органоволокниты:| |
|С эластичным |100-190 |75 |100-18|- |2,5-8,0 |- |- |
|волокном | | |0 | | | | |
|С жестким |650-700 |180-20|400-45|- |35 |- |- |
|волокном | |0 |0 | | | | |

|Физико-механические свойства однонаправленных композиционных материалов с |
|полимерной матрицей |
| |Удель- |Относи-|Удель-|Удар- |Сопро- |Дли-тел|Плот- |
| |Ная | | |ная |тивление|ьная |ность,|
| |жест-ко|тельное|ная |вяз-кос|уста- |проч- |т/мі |
|Материал |сть |удли-не|проч- |ть, |лости на|нось | |
| |Е/?, |ние при|ность |кДж/мІ |базе |при | |
| |10і км |разрыве|?/?, | |10[pic] |изгибе | |
| | |, % |км | |циклов, |за 1000| |
| | | | | |МПа |ч, МПа | |
|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 |- |- |- |12 |240 |- |1.35 |
|углеродной | | | | | | | |
|матрицей КУП-ВМ | | | | | | | |
|Органоволокниты:| |
|С эластичным |0,22-0,|10-20 |8-15 |500-600|- |- |1,15-1|
|волокном |6 | | | | | |,3 |
|С жестким |2,7 |2-5 |50 |- |- |- |1.2-1,|
|волокном | | | | | | |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:
? = 45 кДж/(м?К); ? = 4?10[pic]С[pic] (вдоль волокон); [pic] = 1,94?10[pic]
Ом?см; ? = 12,6ч20,5 (при частоте тока 10[pic] Гц); tg ? = 0,02ч0,051 (при частоте тока 10[pic] Гц). Для бороволокнитов прочность при сжатии в 2-2,5 раза больше, чем для карбоволокнитов.

Физико-механические свойства бороволокнитов приведены предыдущей таблицы.