Армированных композиционных

Если связь между компонентами композиции недостаточно прочная, касательные напряжения, появляющиеся на границе раздела, могут вызвать расслоение материала — отделение матрицы от волокон. Прочность связи зависит от метода получения армированных композиций.

В настоящее время для получения армированных композиций широко применяют методы горячего прессования, прокатки, диффузионной сварки в вакууме, динамического горячего прессования и др. Представляется важным оценить влияние технологических факторов на прочность

6. Установки для изучения поведения листовых армированных композиций при растяжении, изгибе и сжатии в условиях одностороннего программированного нагрева 173

5. Изучение микроструктурных особенностей разупрочнения и разрушения армированных композиций в условиях одностороннего нагрева и механического нагружения 262

6. УСТАНОВКИ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ПОВЕДЕНИЯ ЛИСТОВЫХ АРМИРОВАННЫХ КОМПОЗИЦИЙ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ, ИЗГИБЕ И СЖАТИИ В УСЛОВИЯХ ОДНОСТОРОННЕГО ПРОГРАММИРОВАННОГО НАГРЕВА

Классическим примером композиционных материалов, широко и успешно применяемых в последние 10—15 лет в различных областях новой техники, являются конструкционные сткелопластики. Как для материалов типа стеклопластиков, так и для вновь разрабатываемых армированных композиций (металлических волокнистых композиций, силовых многофункциональных покрытий и т. п.) весьма важно выявить области их рационального применения для изготовления ответственных деталей и узлов конструкций, работающих в условиях теплового и силового нагружения.

С этой точки зрения особый интерес представляет возможность непосредственного наблюдения и кинематографирования физической картины разрушения различных армированных композиций при одновременном силовом воздействии и одностороннем нестационарном нагреве. При этом моделирование заданных тепловых полей и напряженных состояний в эле- 173

Общим недостатком имеющейся аппаратуры для изучения прочностных свойств армированных композиций является отсутствие в них возможности микроструктурного анализа исследуемых образцов.

5. ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ РАЗУПРОЧНЕНИЯ И РАЗРУШЕНИЯ АРМИРОВАННЫХ КОМПОЗИЦИЙ В УСЛОВИЯХ ОДНОСТОРОННЕГО НАГРЕВА И МЕХАНИЧЕСКОГО НАГРУЖЕНИЯ

Таким образом, описанные эксперименты показали целесообразность применения комплексной методики изучения поведения армированных композиций в условиях высокотемпературного нагрева путем определения механических характеристик образцов с одновременным наблюдением их микроструктуры.

разрушение армированных композиций

Изложены методы расчета упругих свойств композиционных материалов с пространственными схемами армирования. Приведены упругие, теплофизические и прочностные характеристики пространственно-армированных композиционных материалов с разной структурой армирования. Рассмотрено влияние структурных и технологических параметров, объемного содержания и свойств арматуры и матрицы на характеристики композиционных материалов.

Расширение сферы использования пространственно-армированных материалов . вызывает необходимость доведения до промышленности надежных численных оценок физических и прочностных свойств этих материалов. Книга содержит обширный экспериментальный материал. Главное.внимание уделено межслойному сдвигу и поперечному отрыву. Улучшение показателей по этим характеристикам и по вязкости разрушения подтверждено экспериментами, что позволяет говорить о возможности расширения областей применения пространственно-армированных композиционных материалов.

Справочник обобщает опыт, накопленный при создании и исследовании пространственно-армированных композиционных материалов на основе полимерной матрицы. Главная цель книги — оценить конструкционные возможности существующих и перспективных схем пространственного армирования, знание которых должно способствовать более, широкому и рациональному применению этих перспективных материалов в ответственных конструкциях.

Первоначально область использования композиционных материалов с пространственным расположением армирующих волокон ограничивалась тепловой защитой космических и летательных аппаратов [91, ПО, 123], так как именно в условиях высокоскоростного нестационарного температурного нагружения наиболее велика опасность расслоения слоистых конструкций, возникающего вследствие различных технологических макродефектов [67]. Использование пространственно-армированных композиционных материалов для изготовления таких конструкций исключает опасность расслоения, так как наличие армирующих волокон в третьем направлении препятствует распространению макротрещин, появляющихся в местах дефектов.

В качестве арматуры пррстранствен-но-армированных композиционных,материалов используют как стекловолокно, жесткость которого сравнительно невелика, так и высокомодульные углеродные волокна. Наибольшее распространение углеродные волокна получили при создании трехмерноар-мированных материалов типа углерод-углерод [90, 91, ПО, 111, 116, 123, 124, 125]. В настоящее время уже испытываются многомерные схемы армирования. Созданы и анализируются системы, имеющие пять и более направлений армирования. При равномерном расположении армирующих волокон по диагоналям куба (система четырех нитей) удается получить квазиизотропный материал, а изменяя соотношение арматуры в разных направлениях, можно создать материалы с заданными свойствами.

Композиционные материалы также могут быть подразделены на несколько групп в зависимости от вида применяемой арматуры и связующего. В качестве арматуры для изготовления пространственно-армированных материалов широко применяют обычные и высокомодульные стекловолокна. Для этих же целей используют высокомодульные углеродные волокна, причем преимущественно для изготовления материалов 2—4-й групп, применяемых для создания несущих нагрузку тепловых экранов летательных, космических и глубоководных аппаратов [90, 110, 122]. Для создания указанных групп пространственно-армированных композиционных материалов могут быть использованы и другие виды высокомодульных волокон, что обусловливается назначением и условиями их работы [15, 97, 116, 124, 125].

Одну из наиболее сложных задач при изготовлении пространственно-армированных композиционных материалов представляет выбор связующего [31, 68], особенно при изготовлении материалов, образованных системой двух, трех и п нитей [59]. Материалы могут иметь как обычную, так и пи-ролизованную матрицу. Сложность подбора связующего обусловлена трудностью пропитки. При повышенных толщинах на обычных пропиточных машинах нельзя полностью удалить из материала воздух, который при формовании приводит к пористости, поэтому пропитку таких материалов осуществляют в вакууме и под давлением 9 специальных пресс-формах. Необходимое содержание связующего достигается изменением степени уплотнения материала: чем толще материал, тем сложнее его пропитка. В качестве связующего используют низковязкие термореактивные смолы, которые при правильном выборе режимов и хорошо отлаженном технологическом процессе позволяют достигать плотности композиционных материалов на уровне теоретической. Так, для материалов, образованных системой двух нитей, при коэффициенте армирования ц =0,45 плотность р = = 1,80 г/см3 (теоретическая 1,80 г/см3), а при fi = 0,50 р = 1,85 г/см3 (теоретическая 1,86 г/см3).

соответствующие характеристики однонаправленных и ортогонально-армированных композиционных материалов. Применение трехмерноармированных тканей для изготовления композиционных материалов позволяет на порядок

Расчеты показывают, что упругие свойства пространственно-армированных композиционных материалов, образованных системой п нитей, уступают свойствам материалов на основе системы трех и четырех нитей.

Для выявления структурных преимуществ и недостатков пространственно-армированных композиционных материалов необходимо определение их предельных коэффициентов армирования, так как этот параметр является одним из основных при оценке свойств: композитов.

вопросов по выбору схемы нагружения, формы и размеров образца, а также базы измерений до настоящего времени окончательно не решена. Особенно большие трудности вызывают испытания пространственно-армированных композиционных материалов вследствие явно выраженной структурной макронеоднородности, которая ограничивает выбор этих параметров. Поэтому при изучении и анализе механических свойств композиционных материалов необходимо постоянно учитывать степень влияния наиболее существенных факторов на значения исследуемых характеристик, что значительно упростит толкование результатов и позволит исключить всевозможные ошибки при окончательных выводах.