Армирование углеродным волокном

Между органической смолой и поверхностью гидрофобного материала, например графита, не обнаружено адгезионного взаимодействия. В этом случае вода не в состоянии участвовать в равновесном связывании компонентов на поверхности раздела и поэтому отсутствует возможность релаксации усадочных папряжений в материале. Это наиболее важно для жестких полимеров, поскольку из конструкционных материалов графит обладает наименьшим коэффициентом линейного расширения. Установлено, что уже до приложения внешней нагрузки жесткие полимеры, армированные углеродным волокном, содержат многочисленные трещины, возникшие между отдельными слоями из-за термических напряжений в материале в процессе охлаждения. [c.216]

Из рис. 2, а можно видеть, что композиты с пластичной матрицей, которые представляют интерес для конструкторов (высокая доля волокон, и следовательно, высокая прочность), разрушаются вследствие единичного разрыва, в то время как композиты, испытывающие множественное разрушение, оказываются слабее неупрочненной матрицы. Обратная картина наблюдается у композита, матрица которого является более хрупкой фазой (например, армированная углеродными волокнами керамика или [c.444]

Возможны случаи, когда композиция содержит два или три армирующих компонента различной геометрии например, пластик на основе эпоксидной или полиимидной смолы, армированный углеродными волокнами (одномерный компонент) и короткими нитевидными кристаллами карбида кремния (нуль-мерный компонент), или композиция на основе алюминия, армированного борными волокнами (одномерный компонент) и слоями титановой фольги (двухмерный компонент). Такие композиционные материалы следует называть комбинированными. [c.51]

Если краевой угол на поверхности раздела волокно—матрица 0 < 90°, то расплавленная матрица смачивает волокно. При этом, как правило, происходит незначительное растворение волокна без образования каких-либо соединений. В таких композиционных материалах возникает связь путем растворения и смачивания. Предполагается, что такая связь образуется в композициях на алюминиевой и никелевой основах, армированных углеродными волокнами. Расплавленный алюминий не смачивает углеродные волокна до тех пор, пока поверхность их не будет обработана специальным составом. [c.59]

Материалы, армированные углеродным волокном. Все металлические материалы, армированные углеродным волокном, хорошо подвергаются всем видам механической обработки. Например, углеалюминий легко разрезается обычной слесарной ножовкой или фрезой, токарным резцом сверление, шлифование и полирование его осуществляется по методам, применяемым для мягких металлов. [c.200]

В качестве наполнителя, который обычно расположен в центральной части, можно использовать вспененный уретан, а в качестве облицовочного материала — материалы, армированные стекловолокном. Такая композиция встречается на практике довольно часто, поэтому исследованию ее характеристик посвящено значительное число работ. Здесь в качестве примера рассмотрим указанный в разд. 2.8 сравнительно новый гибридный композит и найдем для него упругое решение. В этом материале в качестве облицовки использована пластмасса, армированная углеродным волокном, а в качестве наполнителя — пластмасса, армированная стекловолокном. [c.72]

Для исследования напряжений и деформаций, возникающих при изгибе, могут быть проведены испытания на трехточечный или четырехточечный изгиб. Наиболее часто проводятся испытания на трехточечный изгиб. Однако следует иметь в виду, что пластмасса, армированная углеродным волокном, обладает значительной жесткостью. На такой материал значительное влияние оказывает сдвиг. Поэтому желательно проводить испытание на четырехточечный изгиб. В рассматриваемом случае в качестве облицовочного материала использована пластмасса, армированная углеродным волокном, что послужило причиной провести испытания на четырехточечный изгиб. [c.72]

Особенности проведения испытаний на четырехточечный изгиб показаны на рис. 3.20. На рис. 3.21 дано разбиение на элементы, использованное при выполнении расчетов. Исходя из симметрии, рассматривалась лишь половина экспериментального образца. Рассматриваемая часть разбивалась на 259 элементов. Число узлов составляло 161. В табл. 3.1 в качестве исходных данных приведены характеристики пластмассы, армированной углеродным волокном, и пластмассы, армированной стекловолокном. [c.74]

Пластмасса, армированная углеродным волокном Пластмасса, армированная стекловолокном [c.74]

При сильных ударах, под действием которых происходит разрушение образца, величина IED зависит от вида разрушения. На рис. 6.29 сопоставлены результаты разрушения материалов, армированных углеродным волокном, и материалов, для упрочнения которых использовано стекловолокно. Можно считать, что у материалов, армированных углеродным волокном, происходит в основном разрушение волокна. У других рассматриваемых материалов чаще возникает вытягивание волокна [6.20]. [c.170]

Сопоставление расчетных и экспериментальных значений поглощенной работы для эпоксидных композитов, армированных углеродными волокнами в одном направлении [c.172]

Рис. 6.57. Диаграмма усталости нейлона 66, армированного углеродным волокном и стекловолокном при относительной влажности 50%. Кривые / и 2 — для углеродного волокна с содержанием 40 и 30% кривые 3 и 4 — для стекловолокна с содержанием 40 и 20%.

Эта книга посвящена углепластикам - полимерным композиционным материалам, армированным углеродными волокнами. Углепластики - новое поколение композиционных материалов, пришедшее на смену стеклопластикам. Первые образцы углепластиков были получены лишь в середине 1960-х годов, тогда как стеклопластики были разработаны почти полвека назад (в 1940 г.). [c.7]

ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛАХ И МАТЕРИАЛАХ, АРМИРОВАННЫХ УГЛЕРОДНЫМИ ВОЛОКНАМИ [c.9]

Композиционные материалы нельзя назвать совершенно новыми они уже широко используются в промышленности. Хотя области применения композиционных материалов и металлов аналогичны, первые открывают более широкие возможности. На их основе изготовляются самые различные изделия — начиная от жестяных консервных банок и кончая котлами для атомных реакторов из нержавеющей стали. Композиционные материалы, если даже говорить только о пластмассах, армированных волокнами, используются еще шире от изготовления бытовых ванн до космических кораблей Спейс шаттл . Прежде чем перейти к рассмотрению наиболее прогрессивных материалов, какими являются армированные углеродными волокнами пластмассы (углепластики), сопоставим композиционные материалы с другими материалами, а затем уже подробнее остановимся на углепластиках. [c.9]

Углеродными композитами можно назвать композиционные материалы, наполнитель для которых - углеродные частицы или волокна. Данная книга посвящена композиционным материалам, армированным углеродными волокнами эти материалы лишь один из типов углеродных композитов. Наполнитель в виде волокон служит эффективным средством упрочнения материалов и поэтому называется армирующим наполнителем. [c.16]

Особенности композиционных материалов, армированных углеродными волокнами [c.16]

ПОЛУЧЕНИЕ И ПЕРЕРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ АРМИРОВАННЫХ УГЛЕРОДНЫМИ ВОЛОКНАМИ [c.51]

Рис. 3. 2. Температурная зависимость модуля упругости и прочности при изгибе термопластов, армированных углеродными волокнами (содержание волокон 30 масс.%) [3].

Литье под давлением термопластов, наполненных углеродными волокнами. Метод литья под давлением наряду с экструзией является наиболее распространенным промышленным методом получения изделий из полимерных материалов. Этот метод - один из самых эффективных для получения изделий сложной формы. На рис. 3. 20 приведена схема установки для литьевого формования. Литьевое формование термопластов, армированных углеродными волокнами, в основном аналогично литью под давлением термопластов, содержащих стекловолокна. При получении изделий из углепластиков методом литья под давлением необходимо иметь в виду следующее [c.100]

Штампование термопластов, армированных углеродными волокнами. В этом случае полуфабрикатом служат листовые термопластичные материалы, наполненные короткими или длинными волокнами. Изделия из них прессуют в металлической форме при температуре ниже точки плавления полимера. Этот метод аналогичен методу прессования листовых формовочных материалов, однако течение материала при переработке листовых наполненных термопластов существенно меньше. Он также близок к методу прессования между металлическими плитами. Метод штампования наполненных термопластов в известной мере сходен и с методом вакуумного формования, а также с другими методами, сочетающими давление и вакуум. Его отличительная особенность - необходимость создания более высоких давлений с использованием разъемной формы, состоящей из позитивной и негативной металлических матриц. [c.105]

АРМИРОВАННЫХ УГЛЕРОДНЫМИ ВОЛОКНАМИ [c.132]

Свойства пластмасс, армированных углеродными волокнами [c.139]

На основе результатов испытаний композитов с полиэфирной матрицей, армированных направленно расположенными углеродными волокнами, Харрис и др. [14] пришли к выводу, что Vs энергии разрушения расходуется на вытягивание волокон. В этих экспериментах поверхность волокон подвергали различным видам обработки, изменявшим прочность связи (последнюю оценивали косвенно — по величине прочности при межслоевом сдвиге). В случае наименее прочной поверхности раздела (минимальная сдвиговая прочность) волокна вытягивались на большую длину и энергия разрушения была выше. Аналогичные результаты были получены для композитов с эпоксидной матрицей, армированных углеродным, волокном [2, 42]. Фитц-Рендольф и др. [10], исследовавшие бор-эпоксидиые композиты, заключили, что значительный вклад в работу разрушения вносит и энергия разрушения волокна, и работа вытягивания разрушенных волокон из эпоксидной матрицы. По мнению Меткалфа и Кляйна [27], при данной прочности волокон с ростом коэффициента ее вариации усиливается тенденция к разрушению волокон в точках, далеко отстоящих друг от друга, что-должно привести к увеличению вязкости разрушения (рис. 11). [c.281]

Углеродные волокна, так же как и борные, применяются для конструкционных целей. Для их изготовления возможно использование связующих, применяемых в производстве стеклопластиков. Велики возможности углеродных волокон с точки зрения обеспеченности различными видами исходного сырья. Однако не все виды сырья позволяют пока получать волокнистые наполнители с таким же модулем упругости и прочностью, как волокна, изготовляемые пиролизом вискозной пряжи. В настоящее время по состоянию разработки композиционные материалы, армированные углеродными волокнами, уступают своим стекло- и боронаполненным аналогам, но большинство специалистов предсказывают их крупномасштабное применение в авиационных конструкциях. [c.46]

Королевское управление авиации и Британский железнодорожный технический центр провели эксперименты по изготовлению из композиционных материалов зубчатых колес для насосов систем смазки и охлаждения. В качестве примера на рис. 6 показано зубчатое колесо из армированного углеродными волокнами найлона. Армированные углеродными волокнами пластики перспективны для изготовления таких легких самосмазывающихся зубчатых колес. Процесс инжекционного прессования зубчатых колес из углеродных волокон и найлоповых гранул описан Филипсом и Уоттом (1970), отметившими, что волокна вследствие малой плотности не могут быстро оседать в расплаве полимера и вытягиваются в направлении течения . [c.186]

Рис. 6. Пример применения современных композиционных материалов — зубчатые колеса пз армированного углеродными волокнами найлона испытывались для насосов систем смазки и охлаждения перспективного пассажирского поезда. (Фотография предоставлена Королевским управлением авиации, Фарнборо, Англия).

Армированные углеродными волокнами детали могут обрамлять проемы в конструкциях (например, окна), что позволяет снизить концентрацию напряжений вблизи этих мест. Цены на композиционные материалы, армированные углеродными волокнами, быстро падают, и к тому времени, когда годовое производство их превысит 8000 т, снизятся до 5 долларов за килограа1М, вследствие чего выборочное армирование конструкций корпусов вагонов будет экономически оправдано. Углепластики применялись при создании экспериментального безопасного автомобиля Министерства транспорта (модель Форд ОТ-40), выигравшего 24-часовые гонки в Ле Мансе в 1968—1969 гг. Они также используются в экспериментальных автомобильных рессорах и бамперах, для бит для игры в гольф, удочек и других товаров, обсуждаемых в гл. 13. [c.193]

Система алюминий — углеродное волокно. По данным [90] алюминий практически не растворим в углероде, а растворимость углерода в алюминии не превышает 0,05% по массе при 1300— 1500° С. Главной реакцией, определяющей взаимодействие углеродного волокна с алюминием, является реакция образования карбида AI4 3. Обычно алюминиевые композиции, армированные углеродными волокнами, получают методами пропитки расплавом [169, 211]. Углеродные волокна не смачиваются расплавами на основе алюминия до 1100° С. При этой температуре волокна растворяются в расплаве на 40—60% своего объема и полностью теряют прочность. Количество карбидной фазы в материале, полученном при температуре самопроизвольного смачивания, настолько велико, что при последующем хранении образцов в течение нескольких дней они самопроизвольно разрушаются в результате выделения ацетилена при реакции карбида с влагой. Если пропитываются волокна с никелевым или медным покрытием, то последнее интенсивно растворяется в расплаве, и волокна разунроч-няются после контакта с расплавом в течение 2—5 мин на 40— 50% исходной прочности. Подобное же явление отмечено в работе [128], авторы которой обеспечивали смачивание путем химической обработки поверхности углеродных волокон. [c.85]

Процесс химической металлизации широко используется в практике изготовления металлических композиционных материалов, армированных углеродными волокнами или нитевидными кристаллами, в качестве промежуточной операции, обеспечивающей лучшую пропитываемость волокон жидким расплавом и регулярное распределение упрочнителя в матрице. [c.184]

Химическое меднение. Химическое меднение является одним из немногих способов получения композиционных материалов на основе меди и его сплавов, армированных углеродным волокном. Введение углеродных волокон в медные сплавы целесообразно в некоторых случаях, когда требуется материал с высокими элек-тро- и теплопроводностью, близкими к соответствующим характеристикам меди, но более прочный, с более низким температурным коэффициентом линейного расширения. Кроме того, он может служить и хорошим материалом для высокопрочных, самосмазываю-щихся ПОДЦ1ИИНИКОВ трения. Часто химическое меднение исполь-зуют для улучшения смачиваемости углеродных волокон или нитевидных кристаллов в процессе изготовления композиционных материалов на основе алюминиевых сплавов методом пропитки жидким расплавом, либо в качестве подслоя на этих унрочните-лях, образующего плавящуюся эвтектику в контакте с металлом матрицы, используемым в виде тонких фольг при горячем прессовании. [c.186]

Эванс и Брэддик [134] исследовали коррозионное поведение алюминия, армированного углеродным волокном, и алюминиевого 8 227 [c.227]

Композиционные материалы со свинцовой материцей, армированные углеродными волокнами, применяют в химической промышленности при пропзЕОДстве батарей и аккумуляторов, в строительстве, в изделиях, работающих на трение, и др. Эти материалы имеют особое значение, так как они приобретают конструкционные свойства. Предел прочности и модуль упругости свинца равен 1,4 кгс/мм и 1400 кгс/мм соответственно. Армирование свинца углеродными волокнами дает возможность повысить указанные свойства и получить композиционный материал с пределом прочности и модулем упругости более чем в 10 раз выше, чем у свинца. Это позволяет значительно расширить области применения композиционных материалов на основе свинца в химической, строительной и других отраслях промышленности для оборудования и аппаратуры, обладающей высокой стойкостью в агрессивных средах, способных подавлять звуковые колебания, поглащать гамма-излучения и выполнять другие функции. [c.239]

Аналогичные результаты получены при испытании в отсутствие смазки большой группы полимерных материалов, армированных углеродными волокнами [48]. На рис. 73 нанесена линия осредняющая эти данные (коэффициент корреляции 0,85). По оси абсцисс отложены значения коэффициента Сд, полученные в эксп.чуатационных испытаниях, по оси ординат — значения коэффициента с, относящиеся к лабораторным испытаршям. В эксплуатации испытывались втулки из этих материалов, работавшие с чугунными валами при нагрузке 0,9 кгс и скорости скольжения 0,65 м/с в течение КХЮ ч. После эксплуатационных испытаний втулки испытывались трением наружной поверхности по вращающемуся кольцу из малоуглеродистой стали (ось втулки и ось кольца установлены перпендикулярно друг к другу). Условия испытания были следующие нагрузка около 1 кгс, скорость скольжения 0,53 м/с, длительность 30 ч. [c.103]

Рис. 6.23. Влияние содержания армирующего волокна на ударную вязкость по Шарпи — работа, поглощаемая за счет упругости / — твердая сталь 2 — хромомолибденовая сталь 3 — пружинная сталь 4 — полиэфирная смола, армированная стекловолокном (продольный удар) 5 — полиэфирная смола, армированная стеклотканью с атласным переплетением (вверху — плоскостное направление, внизу — краевое направление) 6 — эпоксидная смола, армированная волокном из коррозионностойкой стали 7 — чугун 5 — полиэфирная смола, армированная стекломатом 9 — эпоксидная смола, армированная углеродным волокном (ортотропная слоистая пластина) W — дерево И — слоистый материал с однонаправленной ориентацией волокон 12 — дюралюминий 13 — сталь 14 — полиэфир 15 — стекло.

Рис. 6.29. Типичные особенности различных видов разрушения — обычное хрупкое разрушение, на изломе образуется кисточка б — разрушение, наблюдаемое у гибридных композитов у дна надреза в продольном направлении происходит разрушение в результате сдвига, а затем на некотором расстоянии от места концентрации напряжений возникает разрушение волокон в — состав упрочняюш,их волокон, в который входит стекловолокно и углеродное волокно, оказывает влияние на характер разрушения, связанный с вытягиванием волокон 1 — стекловолокно 2 — углеродное волокно 3 — пластмасса, армированная стекловолокном 4 — 40% углеродного волокна 5 — 60% углеродного волокна 6 — пластмасса, армированная углеродным волокном.

Рис. 6.48. Диаграммы испытаиий на усталость, полученные для различных пластмасс, армированных волокном 1 — пластмассы, армированные углеродным волокном 2 — эпоксидная смола, армированная в одном направлении нитями из коррозионностойкой стали SFRP 5 — эпоксидная смола, армированная в одном направлении углеродными волокнами FRP 4 — полиэфирная смола, армированная стеклотканью с атласным переплетением GFRP. Содержание стекловолокна l/t = 51%, О Ff = 39%,

Наиболее широкое применение в технике получили композиты, армированные высокопрочными и высокомодульными непрерывными волокнами. К ним относят полимерные композиты на основе термореактивных (эпоксидных, полиэфирных, полиимидных и др.) и термопластичных связующих, армированных стеютянными (стеклопластики), углеродными (углепластики), органическими (органопластики), борными (боропластики) и другими волокна.ми металлические композиты на основе сплавов А1, Mg, Си, Ti, Ni, Сг, армированных борными, углеродными или карбидкремниевыми волокна.ми, а также стальной, молибденовой или вольфрамовой проволокой композиты на основе углерода, армированного углеродными волокнами (углерод-углеродные материалы) композиты на основе керамики, ар.мированные углеродными, карбидкремниевыми и другими жаростойкими волокнами. [c.13]

В соответствии с определением, данным в разд. 1.2.1, различают составные композищюнные материалы и структурированные композищюн-ные материалы, сложная структура которых образуется в процессе фазовых превращений. Рассматриваемые ниже композиционные материалы, армированные углеродными волокнами, полностью относятся к составным 2) композиционным материалам. [c.12]

Композиционные материалы, армированные углеродными волокнами. Армированные углеродными волокнами композиционные материалы в зависимости от типа матрицы делятся на армированные пластмассы и армированные металлы. Рассмотрим их особенности на примере широко применяемых на практике углепластиков. Как следует из данных, приведенных в табл. 1.1, среди всех армируюшлх волокон только арамидные волокна имеют плотность, меньшую плотности углеродных волокон. Но высокопрочные углеродные волокна прочнее арамидных, а высокомодульные углеродные волокна имеют модуль упругости, близкий к модулю упругости борных волокон. Поэтому именно углеродные волокна нашли широкое применение в конструкциях, которые должны иметь ограниченный вес. Среди всех армированных пластмасс углепластики обладают наиболее высокими стойкостью к усталостным испытаниям и долговечностью. Углепластики хорошо проводят электрический ток и могут использоваться для изготовления плоских нагревательных панелей. Углепластики плохо пропускают рентгеновские лучи. Они имеют очень низкий коэффициент линейного расширения и оказываются наиболее подходящими материалами для конструирования космических аппаратов, подвергаюшлхся значительным перепадам температур между солнечной и теневой сторонами. В то же время они хрупки и обладают низкой ударной прочностью. Поэтому во многих случаях предпочти- [c.23]

Обработка поверхности волокон, используемых для армирования пластмасс. Чтобы армированные углеродными волокнами пластмассы, т. е. углепластики, обладали высокими механическими характеристиками, необходимо обеспечить прочность адгезионной связи между углеродными волокнами и полимерной матрицей, достаточную для передачи напряжения от волокна к волокну. Однако поверхность углеродных волокон, образовавшихся в процессе карбонизации или графити-зации, характеризуется слабой адгезией к ней полимерной матрицы. Следовательно, при использовании углеродных волокон для армирования пластмасс необходимо проводить обработку их поверхности с целью повышения адгезии. Обработка поверхности представляет собой обычно слабое окисление поверхности волокон, не снижающее их прочностных характеристик. Окисление осуществляют, например, в жидкости электролитическим методом [14]. 0 [c.37]

Для улучшения смачиваемости углеродных волокон расплавленным алюминием разработан способ последовательной обработки поверхности волокон расплавами Na, Sn - 2%Mg и алюминиевых сплавов [18]. При армировании углеродными волокнами сплавов на основе Д1 и Mg наряду с улучшением смачиваемости волокон необходимо предотвращать снижение их прочности, которое может происходить при контакте с раплав-ленньш металлом. Для решения этой задачи требуются дальнейшие исследования, которые могли бы дать практические рекомендации по сохранению прочности углеродных волокон при контакте с расплавами металлов. [c.38]

Изоду) [2]. Из данных, приведенных на рис. 3.1, следует, что для пласти ка на основе найлона 66 существует сбалансированность всех трех механи ческих характеристик при испытании во влажной среде. Максимальнь модуль упругости имеет материал на основе полифениленсульфида, не его ударная вязкость низка. Наибольшей ударной вязкостью обладает на полненный углеродными волокнами ударопрочный найлон, но у неге очень низкий модуль упругости. Так как механические свойства наполнен ных волокна.ми термопластов сильно различаются, необходимо классифицировать их также в соответствии с областями применения. Для иллюстрации на рис. 3. 2 приведены температурные зависимости модуля упругости и прочности при изгибе термопластов, армированных углеродными волокнами [3], а на рис. 3. 3 - триботехнические характеристики армированных термопластов [3]. Из этого рисунка следует, что термопласты, армированные углеродными волокнами, обладают лучшими триботехническими свойствами по сравнению с неармированными или содержащими стекловолокна термопластами. Характерно, что армированные пластики [c.62]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...