Однонаправленных профильных

Опыт применения пространственно-армированных материалов в целях тепловой защиты значительно расширил область их использования: используются не только теплозащитные, но и прочностные свойства материалов. Появилась новая область применения материалов, образованных системой трех нитей, — в супермаховиках. Применение современных композиционных материалов в супермаховиках представляет значительный интерес, так как максимальная удельная энергия, которая может быть накоплена в маховике, пропорциональна отношению прочности материала к плотности. Маховики, изготовленные намоткой из однонаправленных материалов, наряду с высокой прочностью в направлении армирования обладают традиционными

слоистых и однонаправленных материалов.

толщине образца значения характеристик, определяемых при испытаниях на изгиб, не остаются постоянными [29]. Для различных типов композиционных материалов зависимости этих характеристик от отношения llh образца имеют разный вид. Так, например, уменьшение отношения llh для слоистых и однонаправленных материалов приводит к снижению расчетных значений ах max. a Для пространственно-армированных — к некоторому их возрастанию. Практически все слоистые композиционные материалы в диапазоне отношений ///г = 4-ИО разрушаются от сдвига, а пространственно-армированные не имеют разрушения при сдвиге даже при llh = 2. Для этих материалов имеет место лишь локальное разрушение связующего в местах нагружения и разрушение арматуры в растянутой зоне.

1,6 раза ниже коэффициента армирева-ния однонаправленных материалов. Еще большее расхождение наблюдается в значениях прочности на отрыв в трансверсальном направлении. Прочность Кг однонаправленных углепластиков в 8 раз ниже прочности трехмерноармированных. Несколько меньше, по сравнению с углепластиками, различаются значения меж-слойной сдвиговой прочности и прочности на отрыв в трансверсальном направлении у трехмерноармированных и слоистых стеклопластиков.

Весь дальнейший анализ будет построен для линейно-упругих материалов или материалов с ломаной диаграммой деформирования. Такое предположение приемлемо для большинства однонаправленных материалов при кратковременном нагружении. Пластичность и вязкоупругость, свойственные некоторым связующим, благодаря превалирующей роли волокон в восприятии внешней нагрузки проявляются при нормальной температуре относительно слабо (см. рис. 5—8). Для анализа композиционных материалов можно использовать теории вязкоупругости и пластичности, однако для большинства инженерных приложений это приводит к применению численных методов. В то же время по теории упругости для большинства практических задач получают приемлемые результаты.

Исчерпывающий обзор теорий разрушения как для изотропных, так и для анизотропных материалов приведен в работе [16]*. Для однонаправленных материалов наибольшее распространение получили рассматриваемые ниже теории максимальных напряжений, максимальных деформаций и энергий формоизменения.

Принципиальную основу критериев прочности при расчете по максимальным нагрузкам, таких как В-критерии, изложенные в руководстве [1], составляет условие недопустимости повреждения или нарушения сплошности материала при расчетных напряжениях. Выбор соотношения между максимально допустимыми и предельными напряжениями для однонаправленных материалов определяется рядом факторов, обусловленных практикой расчета и проектирования. Прочность слоистого материала оценивается в результате применения критерия прочности последовательно ко всем слоям материала.

При малых частотах и амплитудах колебаний типовые значения коэффициента демпфирования для балок из однонаправленных материалов приведены в таблице:

На рис. 19 даны некоторые результаты, сравненные с результатами для стеклопластиков. Они обладают некоторыми особенностями. Заметно, что, чем выше статическая межслойная сдвиговая прочность, тем круче кривая S — 7V, т. е. тем больше эффект усталости. Межслойная сдвиговая прочность ортогонально армированных пластиков ниже прочности соответствующих однонаправленных материалов, а межслойная сдвиговая прочность композитов с волокнами типа II выше, чем у аналогичных композитов с волокнами типа I.

Регулирование анизотропии прочностных свойств в этих материалах связано со схемой армирования, являющейся также одним из важных технологических параметров. При ортогональной схеме укладки слоев армирующих волокон прочность (ах, ov) и модуль упругости (Ех, Еу) пропорциональны объемному содержанию волокон, расположенных в матрице в направлении растягивающих или сжимающих сил. При постоянном объемном содержании волокон изменение угла армирования однонаправленных материалов для уменьшения анизотропии прочностных свойств одновременно приводит к снижению прочностных свойств материала и в других направлениях.

Макромеханика композиционных материалов по ключевым характеристикам механических свойств, полученным при испытании на растяжение, сжатие и на сдвиг тонких плоских образцов однонаправленных материалов, позволяет рассчитать прочностные и упругие свойства композитов с перекрестным расположением слоев [3, 4]. Ключевыми свойствами являются упругие константы Е\\, ЕЮ, vi2, Gi2 и характеристики прочности сгц и сг22. В отдельных случаях необходимы характеристики пластичности ей, е22 и Ti2. Использованные обозначения ориентировок показаны на рис. 1.

Связующие для получения однонаправленных профильных изделий. Существуют два способа получения однонаправленных профильных изделий из армированных пластиков - "сухой" и "мокрый". При мокром методе формование проводят одновременно с пропиткой полимером армирующих волокон. При сухом - изделия получают путем их формования из препрегов.

Современные методы получения и переработки армированных пластиков получили развитие и применение в процессе разработки стеклопластиков. Для формования углепластиков используются аналогичные методы или их улучшенные варианты. В последнее время наблюдается тенденция к сочетанию в технологическом процессе нескольких методов переработки, которые ранее применялись по отдельности. Например, нередко метод намотки используют в комбинации с процессом получения однонаправленных профильных материалов1' волокнистого пластика. Рассмотрим несколько типичных методов переработки углепластиков.

Процесс получения однонаправленных профильных изделий. Основные стадии этого процесса, называемого также методом протяжки (или пултрузии): 1) пропитка связующим пучков волокон; 2) отжим избытка связующего; 3) придание материалу заданного сечения путем протягивания его через фильеру непрерывным или периодическим способом; 4) разрезка профильных изделий на элементы заданной длины. Такой процесс предельно прост, полностью автоматизирован и весьма перспективен для промышленного производства профильных изделий из армированных пластиков. Однако он имеет и недостатки, особенно сказывавшиеся в начальном периоде его разработки и освоения в промышленном производстве:

Рис. 3. 15. Основные элементы технологической линии для получения однонаправленных профильных изделий.

Процесс получения однонаправленных профильных изделий

- однонаправленных профильных изделий 58

----однонаправленных профильных изделий 93-94

Связующие для получения однонаправленных профильных изделий. Существуют два способа получения однонаправленных профильных изделий из армированных пластиков — "сухой" и "мокрый". При мокром методе формование проводят одновременно с пропиткой полимером армирующих волокон. При сухом - изделия получают путем их формования из препрегов.

Современные методы получения и переработки армированных пластиков получили развитие и применение в процессе разработки стеклопластиков. Для формования углепластиков используются аналогичные методы или их улучшенные варианты. В последнее время наблюдается тенденция к сочетанию в технологическом процессе нескольких методов переработки, которые ранее применялись по отдельности. Например, нередко метод намотки используют в комбинации с процессом получения однонаправленных профильных материалов1^ волокнистого пластика. Рассмотрим несколько типичных методов переработки углепластиков.

Процесс получения однонаправленных профильных изделий. Основные стадии этого процесса, называемого также методом протяжки (или пултрузии): 1) пропитка связующим пучков волокон; 2) отжим избытка связующего; 3) придание материалу заданного сечения путем протягивания его через фильеру непрерывным или периодическим способом; 4) разрезка профильных изделий на элементы заданной длины. Такой процесс предельно прост, полностью автоматизирован и весьма перспективен для промышленного производства профильных изделий из армированных пластиков. Однако он имеет и недостатки, особенно сказывавшиеся в начальном периоде его разработки и освоения в промышленном производстве:

Рис. 3. 15. Основные элементы технологической линии для получения однонаправленных профильных изделий.