ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Стюарт Р. В. Криогенные жидкости в ядерной энергетике из "Механические свойства конструкционных материалов при низких температурах " Из слоистых композитов низкого давления (О—2,8 МПа) можно на месте изготавливать достаточно сложные элементы конструкций путем намотки волокна или используя препрег-лен-ту полимера (в стадии В) с волокном. Отверждение может происходить при комнатной температуре без приложения давления. Волокнистые композиционные материалы с металлической матрицей получают как из исходных элементов, так и из полуфабриката в виде ленты. [c.72] В зависимости от модуля упругости наполнителя композиты низкого давления делятся на низко- и высокомодульные. Материалы первого типа армированы волокнами из целлюлозы (хлопок, лен) и стекла. Волокна материалов второго типа—из углерода, бора, корунда, органических арамидов — имеют высокий модуль упругости. В качестве армирующего материала применяют и разнообразные ткани [1]. Терминология, используемая применительно к композитам, приведена в работах [1—4]. [c.72] Низкомодульные слоистые пластики армируют, в частности, стекловолокном специальных сортов, обозначаемых буквами А, С, D, М, Е или S. Для низких температур используют стекла Е и S. Основное различие между ними состоит в том, что S-стекло имеет более высокую (на 40 % ) прочность и пониженный (на 18 %) модуль упругости. [c.74] В Канаде выпускается стекло, не содержащее В2О3. Разработано Е-стекло в первую очередь для слоистых пластиков, используемых в качестве электроизоляционных материалов низкое содержание щелочных металлов обеспечивает высокое электросопротивление. [c.74] Это волокно успешно используется в опытных образцах сосудов под давлением для низкотемпературных жидкостей. [c.74] Борное волокно выпускают диаметром 100, 130 или 200 мкм. Его получают путем осаждения из паровой фазы на тонкую вольфрамовую проволоку. Технология получения слоистых пластиков, армированных этим волокном, достигла большого совершенства. По опубликованным данным, высокие при комнатной температуре статические и динамические механические свойства этих материалов повышаются при низких температурах при этом другие характеристики изменяются незначительно [7,8]. Прочность при сжатии борэпоксидиых слоистых пластиков при температуре 4 К часто превышает 3450 МПа. Недостатками материалов является большая величина сечения захвата нейтронов и высокая их стоимость. [c.75] Углеродные волокна получают путем графитизацни (пиролиза) органического волокна. Свойства углеродного волокна изменяются в зависимости от степени кристалличности. Основной характеристикой служит модуль упругости, который меняется в интервале 190—520 ГПа. [c.75] Основой огромного большинства слоистых пластиков низкого давления и некоторых видов материалов высокого давления является эпоксидная смола. Наиболее вероятными кандидатами для матриц стеклопластиков низкого давления, работающих при низких температурах, являются эпоксидные системы. Система Polaris (Е-787, 58-68R), не содержащая пластификатора, но литературным данным, обладает наилучшими свойствами при низких температурах [6]. Система Е-815/Versamid 140 имеет средние характеристики. По мере увеличения содержания пластификатора вплоть до соотношения 1 1 эластичность материала возрастает. В работе [9] имеются сведения относительно поведения системы при низких температурах. Однако главное, что привлекает внимание к этой системе, это сочетание достаточной прочности при комнатной температуре со стойкостью к термическим ударам при охлаждении. Смолу успешно используют в неметаллических сосудах Дьюара и криостатах. [c.76] Композиция NASA Resin 2 с высоким содержанием пластификатора была разработана для сосудов под давлением для низкотемпературных жидкостей, упрочненных намоткой волокна. Слоистые пластики на основе этой системы имеют сравнительно низкие свойства при комнатной температуре. Даже при относительно слабом нагреве они быстро теряют прочность. Их применение должно быть ограничено низкими температурами. [c.76] Практика эксплуатации однонаправленных слоистых пластиков показала возможность успешного использования обычных связующих без добавки пластификатора. В слоистых пластиках с перекрестным расположением волокон, по-видимому, возможна реализация способности матрицы к некоторой деформации без разрушения при 4 К, особенно при усталостном нагружении. [c.76] Выбор связующего для высокомодульных слоистых пластиков с борным или углеродным волокном имеет меньшее значение, поскольку матрица в этих композитах испытывает меньшую деформацию. В случае использования арамидных волокон с более низким модулем и очень большим отрицательным коэффициентом термического расширения введение пластификатора может дать положительный эффект. [c.76] Применительно к низким температурам изучались и другие связующие, не на эпоксидной основе [6]. Механические свойства слоистых пластиков на фенольной, полиэфирной, полиуретановой, фенилсилановой и полибензимидазо-ловой основах мало отличаются от материалов с эпоксидной матрицей. Они более предпочтительны в случае масштабных конструкций, когда важное значение имеет вопрос стоимости. [c.77] Волокнистые материалы с металлической матрицей обладают высокими удельными прочностью и модулем. Из многочисленных композиций металл — волокно наиболее разработан боралюминий. Это единственный материал, для которого имеются опубликованные данные по свойствам при низких температурах [7, 8]. [c.77] В ближайшем будущем композитом промышленного значения, имеющим более низкую стоимость, по-видимому, будет алюминий, армированный волокнами из углерода и корунда. Данные, приведенные на рис. 1, в, г, показывают, что боралюминий не имеет преимущества по сравнению с борэпоксидным материалом. Однако в ряде случаев применение боралюминия может быть более эффективным, например для гасителей вихревых токов в сверхпроводящих электрических машинах, где требуется высокая электропроводность в сочетании с прочностью и жесткостью конструкции. Фактором, ограничивающим применение боралюминия при низких температурах, является его значительная теплопроводность. Как и борпластик, композиционный материал борное волокно — сплав 6061 при 4 К обладает прекрасными характеристиками и высокой стабильностью свойств [8]. [c.77] Основным конструкционным материалом для наземных хранилищ жидкого природного газа в настоящее время является бетон (построены хранилища вместимостью 350 млн. л). [c.77] Данные, приведенные выше, относятся к бетонам из портландцемента, содержащего 5,3—7,8 % воздуха. Воздух по-видимому, влияет на свойства бетона при низких температурах. Согласно [12] присутствие столь большого количества стабильных воздушных пор, подобно ячеистым бетонам, оказывает положительный эффект. Воздух попадает в цементный раствор в случае добавки протеиновой пены. Имеются данные, что прочность при сжатии ячеистого бетона с плотностью 0,7 г/см (в сухом виде) при охлаждении до 77 К возрастает на 100 %. При этом деформация, отвечающая разрушению, уменьшается на 23 %,. Прочность бетонов с большей плотностью повышается в меньшей степени. [c.79] Охлаждение до 77 К приводит к небольшому понижению теплопроводности бетона с плотностью 0,7 г/см до 0,15 Вт-м -К . Это более чем на порядок меньше теплопроводности обычного бетона (с песком и гравием в качестве заполнителя). Прочность при сжатии ячеистого бетона при низких температурах составляет 50 % прочности при сжатии обычного бетона. [c.79] Транспорт в США потребляет примерно четвертую часть всей производимой энергии в стране. По-видимому, в обозримом будущем энергетические затраты на транспортировку людей и грузов по земле, воде и воздуху будут возрастать ежегодно примерно на 4i%. [c.79] Вернуться к основной статье