ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Влияние состава и структуры композиционных материалов на прочность изделий из "Неразрушающий контроль конструкций из композиционных материалов " Отечественной промышленностью и многими зарубежными фирмами создано большое количество различных видов композиционных материалов. Данные материалы могут быть как естественного, так и искусственного происхождения. К естественным композиционным материалам относят древесину, некоторые горные породы и минералы, к искусственным — различные виды полимеров и пластмасс (стеклопластики, асбопластики, углепластики, текстолиты, гетинакс, армированная резина и др.), а также материалы на основе облагороженной древесины (фанера, древеснослоистые пластики, древесностружечные и древесноволокнистые плиты), металлические и металлополимерные. [c.5] По составу, структуре и физико-механическим свойствам большинство композиционных материалов можно подразделить на три основные группы изотропные, трансверсально-изотропные и ортотропные материалы. [c.5] К группе изотропных композиционных материалов относят материалы, для армирования которых используют наполнитель в виде рубленых коротких волокон, соизмеримых с диаметром, сплошных и полых сфер и микросфер, порошков и других мелкодисперсных компонентов. В таких материалах армирующий наполнитель хаотически перемешан со связующей матрицей. Напряженно-деформированное состояние такого материала аналогично однородному изотропному материалу. В зависимости от назначения изделия в качестве наполнителя изотропных композиционных материалов используют синтетические, минеральные и металлические компоненты. В качестве связующей матрицы применяют термореактивные полимеры и термопластичные (эпоксидные, полиэфирные, полиамидные, полистирольные, поливинилхлоридные, фенольные и другие смолы и их комбинации), а также металлы, обладающие высокими адгезионными свойствами к наполнителю. [c.5] К группе трансверсально-изотропных композиционных материалов относят материалы, физико-механические свойства которых изотропны в плоскости листа и анизотропны по толщине. Напряженно-деформированное состояние трансверсально-изотропной среды описывается пятью упругими постоянными. Характерной особенностью данных материалов является то, что армирование производится укладкой изотропных или анизотропных слоев. [c.6] Изотропными армирующими слоями могут быть различные пленки (стеклянные, полимерные, металлические), рубленые волокна, уложенные хаотически, пропитанная бумага, стекломат. [c.6] В анизотропном слое в качестве армирующего наполнителя используют шпон (древесный, стеклянный, из металлических волокон), тканевые материалы (сатинового, саржевого, полотняного переплетения и др.) на основе стеклянных, хлопчатобумажных и полимерных волокон. Шпон представляет собой элементарный слой, в котором однонаправленные армирующие элементы (волокна, нити, пряди) связаны между собой каким-либо связующим. Для получения трансверсально-изотропной композиции из анизотропных слоев необходимо укладывать каждый слой относительно другого под углами 10—60°. Наиболее высокой прочности в таких материалах достигают использованием шпона в качестве армирующего наполнителя. [c.6] Широкое распространение в машиностроении, судостроении, электро- и радиотехнике получили такие виды трансверсальноизотропных композиционных материалов, как стекловолокнистый анизотропный материал АГ-4В, ДСВ-2Р-2М, СВАМ звездной структуры, П-5-2 и др. Изделия из этих материалов получают в основном горячим прессованием и контактным формованием. [c.6] К группе ортотропных композиционных материалов относят материалы, которые имеют три взаимно перпендикулярные оси упругой симметрии. Напряженно-деформированное состояние ор-тотропной среды определяется девятью упругими постоянными. [c.6] Ортотропные материалы получают укладкой анизотропных элементарных слоев, в качестве которых используют шпон, ткани, первичную нить, ленты, жгуты. Характерной особенностью этих материалов являются их высокие удельные физико-механические свойства в заданных направлениях. Из них изготавливают корпусные конструкции, трубы, оболочки, резервуары, гребные винты различные профильные элементы. Изделия из ортотропных материалов получают методами горячего, контактного или вакуумного формования, намотки, протяжки. [c.6] Современная технология переработки композиционных материалов в изделия позволяет получить однонаправленную (ОС), продольно-поперечную (ППС), косоперекрестную (КПС), тканую (ТС), ткано-прошивную (ТПС) и различные комбинированные (пакетная, дисперсная и др.) структуры. [c.7] Материалы ОС целесообразно использовать в конструкциях, в которых возникает напряженное состояние, близкое к линейному оптимальным вариантом использования материалов ОС при линейном напряженном состоянии будет такой, когда растягивающие и сжимающие напряжения совпадают с направлением волокон. В случае сложного сопротивления или изгиба, когда в материале возникает сложное напряженное состояние, могут произойти разрушения как от действия скалываюнгих касательных напряжений, так и от нормальных напряжений. Материалы на основе ОС целесообразно использовать в вантовых и стержневых конструкциях. [c.7] Материалы ППС перерабатывают в изделия в основном методом продольно-поперечной намотки и прессованием. Методом намотки, например, изготавливают трубы, резервуары и емкости различных габаритов и конфигураций, прессованием пакетов получают изделия в виде листов и панелей. [c.8] При эксплуатации в указанных изделиях, как правило, возникает сложное напряженное состояние. Материалы ППС позволяют достаточно близко согласовать поле напряжений и поле сопротивления. Зная соотношение между главными напряжениями в материале конструкции, можно получить соотношение и между характеристиками прочности соответствующей укладкой армирующего материала. [c.8] Косоперекрестная структура получается при неортогональной укладке армирующего материала под углами в 15, 30, 45°. В качестве элементарного слоя, формирующего КПС, могут быть использованы однонаправленный шпон, непрерывные нити и волокна, а также ткани различного переплетения. [c.8] Наиболее распространенными методами переработки материалов КПС являются прессование и намотка. Получение материалов КПС путем намотки более технологично, чем получение других структур этим методом. Отличительной особенностью материалов этой структуры является несовпадение оси упругой симметрии с направлением армирования. [c.8] Структуру с различными физико-механическими параметрами в направлении осей упругой симметрии получают изменением угла армирования, в результате чего повышается несущая способность изделий из материалов данной структуры. Материалы этой структуры используют в основном при изготовлении труб, резервуаров и других емкостей. [c.8] В некоторых типах изделий, в которых возникают значительные касательные напряжения в плоскости слоев, целесообразно использовать ТПС. Материалы данной структуры получают сшиванием элементарных слоев между собой. В материалах ТПС, как правило, в качестве элементарных слоев используют ткани грубой текстуры. Отличительной особенностью этих материалов являются повышенные значения физико-механических характеристик при межслойном сдвиге. [c.8] Данные структуры позволяют более рационально эксплуатировать изделия из этих материалов. Так, комбинированная структура, состоящая из слоев термопласта и стеклопластика, позволяет получить материал более герметичный, чем стеклопластик, и в то же время более прочный, чем термопласт. Комбинация высокопрочных слоев с термостойкими материалами дает возможность получить новый композиционный материал с высокими прочностными и теплоизоляционными свойствами, а также повышенной теплостойкостью. [c.9] На физико-механические свойства композиционных материалов оказывают влияние не только состав и структура, но и различные дефекты, возникающие при переработке их в изделия. Рассмотрим некоторые дефекты, характерные для основных технологических процессов изготовления изделий. [c.9] Вернуться к основной статье