Производства композитов

В массе своей композиционные материалы с волокнистой арматурой и металлической матрицей еще не вышли за рамки лабораторных исследований » опытно-промышленного использования. Но некоторые из них уже применяются в практических целях: свинец, серебро и алюминий армируют стальной проволокой, алюминий — стекловолокном, медь — вольфрамовыми волокнами. Объем производства композиционных материалов на основе пластиков и стекловолокна достиг завидной величины, а о масштабах производства железобетона и говорить яе приходится.

Сведения о процессах первичного производства композиционных материалов с алюминиевой матрицей приведены в табл, 123,

Методы производства композиционных материалов с металлической матрицей удобно классифицировать, разделив их на три основные категории процессов: твердофазные, жидкофаз-ные и осаждения.

123. Сведения о процессах первичного производства композиционных материалов с алюминиевой матрицей, армированной волокнами [8]

Кроме исследований в рамках системы перспективных научных разработок Министерства торговли и промышленности Японии на различных промышленных предприятиях ведутся научные исследования по повышению физико-механических свойств углеродных волокон, и уже выпускаются в промышленном масштабе нити из углеродных волокон с прочностью при растяжении больше 4500 МПа и относительным удлинением больше 2%. Когда на основе этих исследований будет создана технология, отвечающая задачам производства композиционных материалов, то углепластики займут одно из первых мест среди конструкционных материалов.

Композиционные материалы на основе углеродных волокон применяются в автомобилестроении несколько в меньшем масштабе, чем в аэрокосмической промышленности. Это связано с высокой стоимостью этих материалов, а также с отставанием в разработке методов массового производства композиционных материалов. Например, стоимость 1 кг конструкции современных автомобилей из традиционных материалов составляет приблизительно 1000 иен. В то же время стоимость углепластиков - от десяти тысяч до нескольких десятков тысяч иен за 1 кг, т. е. в 10 или в несколько десятков раз выше. При использовании углепластиков в аэрокосмической промышленности высокая цена материала не столь существенна из-за высокой стоимости всего изделия, поэтому можно использовать довольно трудоемкий метод автоклавного формования, а в автомобилестроении возможность применения углепластиков лимитируется стоимостью материала и сложностью существующих методов формования.

Кроме исследований в рамках системы перспективных научных разработок Министерства торговли и промышленности Японии на различных промышленных предприятиях ведутся научные исследования по повышению физико-механических свойств углеродных волокон, и уже выпускаются в промышленном масштабе нити из углеродных волокон с прочностью при растяжении больше 4500 МПа и относительным удлинением больше 2%. Когда на основе этих исследований будет создана технология, отвечающая задачам производства композиционных материалов, то углепластики займут одно из первых мест среди конструкционных материалов.

Композиционные материалы на основе углеродных волокон применяются в автомобилестроении несколько в меньшем масштабе, чем в аэрокосмической промышленности. Это связано с высокой стоимостью этих материалов, а также с отставанием в разработке методов массового производства композиционных материалов. Например, стоимость 1 кг конструкции современных автомобилей из традиционных материалов составляет приблизительно 1000 иен. В то же время стоимость углепластиков — от десяти тысяч до нескольких десятков тысяч иен за 1 кг, т. е. в 10 или в несколько десятков раз выше. При использовании углепластиков в аэрокосмической промышленности высокая цена материала не столь существенна из-за высокой стоимости всего изделия, поэтому можно использовать довольно трудоемкий метод автоклавного формования, а в автомобилестроении возможность применения углепластиков лимитируется стоимостью материала и сложностью существующих методов формования.

24.4. Испытания исходных компонентов для производства композиционных материалов.................... 443

последним — ТМС и ХМС), так как их доля в общем объеме производства композиционных изделий постоянно растет.

24.4. Испытания исходных компонентов для производства композиционных материалов

Специалисты по технологии производства композитов с алюминиевой матрицей придерживаются общей точки зрения относительно-оптимальных условий изготовления композита. Если поддерживать постоянство двух из трех параметров технологического процесса— температуры, давления и продолжительности обработки, то с ростом значения третьего параметра прочность при растяжении вначале растет, затем проходит через максимум и потом снижается. Эти данные согласуются с моделью, предполагающей, что> на поверхности раздела имеется окисная пленка. Рост прочности при растяжении объясняют уменьшением пористости и улучшением окисной связи между матрицей и воло'кнами. Снижение прочности при растяжении с увеличением давления, температуры или продолжительности процесса происходит из-за общего разрушения окисной связи и излишнего развития реакции. Оптимальное значение параметров отвечает равновесию между завершением процесса образования связи и началом развития локальной реакции на участках разрушения пленки. При повышенной температуре или продолжительности процесса прессования разрушение пленки может происходить по механизму сфероидизации, а при повышенном давлении — механическим путем вследствие сдвига. Однако наличие оптимальных значений параметров процесса приводит к заметным изменениям состава и строения поверхности раздела. Эти изменения имеют место как в пределах одного образца композита, так и от одной партии горячепрессованного композита к другой, поскольку трудно тщательно контролировать состояние поверхности компонентов, технологические циклы и все остальные параметры, определяющие характеристики поверхности раздела.

раздела. В настоящей главе обсуждаются и обобщаются механизмы, определяющие вязкость разрушения композита, особенно те из них, которые связаны с характеристиками поверхности раздела. С развитием технологии производства композитов сведения такого рода позволят обеспечить заданные значения вязкости и других механических свойств.

В период 1964—1968 гг. отдельные исследователи изучали усталостное поведение волокнистых композитов с металлической матрицей. Технология производства композитов быстро развивалась в течение этого периода, и поведение композитов при разрушении было непостоянным и непредсказуемым. Несмотря на эти трудности, были обнаружены некоторые важные качественные закономерности сопротивления усталости, которые служат предварительной основой для более быстрого развития современного понимания усталостной прочности композитов.

• выбор оптимальных технологий и проведение качественной сравнительной оценки производства композитов целевого назначения, полученных из разных материалов различными технологическими методами.

В практике производства композитов на основе металлической матрицы наиболее широкое применение получило плазменное напыление, при котором используют контролируемую дугу между двумя электродами, ионизирующую вдуваемый газ (аргон, гелий, азот, водород и их смеси). Напыляемый материал подается в плазменную горелку в виде проволоки или порошка.

В справочнике детально изложены основные технологические аспекты производства композитов и формования изделий из них. Интересно отметить, что при использовании технологии ручной укладки существенное значение приобретает квалификация рабочих, а само формование изделия становится сродни искусству.

Изготовление гофрированных и плоских полупрозрачных листов — это самое старое непрерывное промышленное производство композиционных материалов. Однако машины с микропроцессорным управлением, предназначенные для непрерывной облицовки фанеры и других заполнителей композиционным материалом, получения конструкционных и покрытых металлом листов, трехмерных армированных изоляционных панелей, прямых и изогнутых конструкций с переменным поперечным сечением и меняющимися объемными пропорциями, уже внедряются в промышленность или разрабатываются, по мере того как непрерывная технология производства композитов идет в ногу с нуждами промышленности.

Увеличение производства композитов на основе термопласте: Диктует необходимость создания стандартов и методов испытани: Для этого широкого класса материалов из семейства армировании: 436

Нет оснований считать, что наше общество станет менее мобильным в обозримом будущем. До тех пор, пока эта мобильность будет существовать, средства транспорта будут изнашиваться, устаревать или требовать замены по другим причинам. Несмотря на скорость и экономичность передвижения по воздуху, удобство персональных средств транспорта, особенно для путешествий на расстояния до 240 км, будут занимать существенное место в семейном бюджете. Быстрая эволюция разработок средств наземного транспорта создает постоянно растущие возможности для использования новых и улучшенных материалов, процессов и химических продуктов. Наибольшая масса (высокие прочность и коррозионная стойкость, а также многосторонность возможностей использования композитов в разработках, составах и изделиях дают возможность с учетом специфических потребностей сделать их привлекательными для применения в автомобилестроении. Разработка качественных продуктов, надежной оснастки и оборудования для проведения процесса, а также снабжение соответствующими сырьевыми материалами придает уверенность в возможности разработки качественных материалов с хорошими эксплуатационными свойствами, необходимыми для гарантии доверия при составлении программ выпуска, точного определения вида АП и производства композитов на основе АП.

и долговечность. Фактор стоимости всегда находится в поле зрения и производителей, и потребителей КМ, но дальнейшее развитие производства композитов тем не менее имеет место. Прогнозы перспективного использования больших объемов композитов уже вызвали рост их производства, и дальнейшие наметки оказались весьма перспективными для разработки высокотехнологичных компонентов для изготовления композитов. Были сделаны и продолжают делаться соответствующие попытки по созданию дешевой оснастки для производства композитов с органической матрицей. При автоматизации разрабатываемых процессов стоимость конструкций из композитов может быть ниже, чем для аналогичных металлических конструкций. Фирма «Грумман» разработала и предложила потребителю комплексную установку по переработке слоистых пластиков, которая позволяет снижать на одну четверть затраты труда в случае изготовления из композита горизонтального стабилизатора самолета F-14A.

В настоящее время изучаются возможности создания из композитов элементов каркаса, воздуховодов форсажной камеры и Створок сопла. Предыдущие исследования композитов с целью их использования для изготовления лопаток двигателя показали ограниченность таких возможностей из-за повреждаемости посторонними телами. В промышленности все же продолжается развитие производства композитов для такого рода применения с использованием гибридного наполнения, в частности для обеспечения сопротивления ударам, возникающим при засасывании птиц в двигатель. Фирмой «Мартин-Мариетта» успешно разработан и испытан реверсор тяги со струеотражательными заслонками на 556

Современная промышленность, выпускающая композиты с большими затратами ручного труда, имеет тенденцию к автоматизации при крупносерийном и массовом производстве изделий. Однако при разработке новых изделий, опытных образцов, а также в мелкосерийном производстве все еще будут применяться ручные и полуавтоматические методы. Композиты на основе органических матриц по-прежнему остаются основными материалами, а композиты на основе металлических матриц обнаруживают признаки роста производства на ближайшие 8—10 лет. Основными высокомодульными волокнами останутся углеродные и арамидные («Кевлар») одновременно с борными и волокнами карбида кремния, имеющими специальное применение. Перспективы для расширения промышленности производства композитов благоприятные, так как конструктивная эффективность снижения массы становится определяющей в экономии энергии.