Современный композиционный материал
Cтраница 3
Книга посвящена рассмотрению результатов изучения поверхности раздела упрочнитель - полимерная матрица в композиционных материалах волокнистого строения. В ней1 подробно обсуждаются проблемы, которые были только затронуты в книге Современные композиционные материалы. Среди них такие, как химия поверхности армирующих волокон, природа связи на поверхности раздела, роль различных обработок поверхности волокон ( в основном силано выми аппретами) в формировании границы раздела полимер - минеральные волокна, механизм передачи напряжений через поверхность раздела, влияние начальных термических напряжений на механические свойства композитов, стабильность композитов при воздействии влаги. [31]
В целях выбора геометрических размеров образца проведен анализ распределения в нем напряжений с учетом рассмотренных схем нагружения. Такое допущение не вносит большой погрешности в изменение картины распределения напряжений, так как современные композиционные материалы имеют относительно малую толщину ( 1 - 5 мм), а ширина образца в несколько раз превышает его толщину. Схема нагружения образца и расположение системы координат, принятые при решении задачи показаны на рис. 2.10. Краевые условия соответствовали воспрещению перемещений по торцовым граням образца. [33]
Можно ожидать, что тот же принцип будет применен при строительстве более крупных шлюпок и со временем, кораблей, при изготовлении которых возникают проблемы, связанные со значительным расходом стеклопластика и времени, затрачиваемого на выкладку изделий вручную. При эксплуатации больших контейнеров и судов для перевозки грузов без тары существенную проблему представляет их жескость при кручении и изгибе; эти проблемы могут быть решены путем использования простых, но больших балок из современных композиционных материалов для выборочного упрочнения корпуса судна, изготовленного из стали, алюминиевого сплава или стеклопластика. [34]
Увеличение глубины диффузионного проникания до величин X 3s 1000 - 10 - 8 см может все сильнее ухудшать усталостную прочность композита даже тогда, когда на поверхностях раздела отсутствуют бориды алюминия; вероятно, следует ожидать, что влияние такой взаимодиффузии будет более выраженным в случае ориентации волокон под углом к оси нагружения. Для величин X 250 - 10 - 8 см и поверхностей раздела, имеющих частично механический характер, усталостная прочность композита алюминия 6061 - 0 с бором заметно улучшается по сравнению с той, которой обладают современные композиционные материалы. Таким образом, металлургическая структура поверхностей раздела является переменчивым фактором, который играет важную роль для усталостной прочности этих композитов. [35]
Опыт применения пространственно-армированных материалов в целях тепловой защиты значительно расширил область их использования: используются не только теплозащитные, но и прочностные свойства материалов. 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. [36]
Размеры пластинки выбирают таким образом, чтобы длина стороны ее пассивной части превышала длину стороны поперечного сечения рабочей части в 1 2 - 1 6 раза. В этом случае изменение длины рабочей части образца не оказывает заметного влияния на определяемую характеристику. Для современных композиционных материалов хорошие результаты получаются при стороне квадрата пассивной части пластинки, равной 16 - 20 мм, и стороне квадрата рабочей части 10 - 12 мм. Длина рабочей части образца составляет 1 5 - 5 мм в зависимости от толщины материала, из которого вырезают пластинки. Испытания образцовпро-водят на специальных установках малой мощности, но высокой точности ( 0 005 нм), с использованием специальных приспособлений. [37]
Поскольку свойства композитов изучены недостаточно, трудно говорить об обоснованных методиках ускоренных ресурсных испытаний. Образцы из композитов обычно очень дороги, так что разработчики предоставляют их в количестве, совершенно недостаточном для обоснованных статистических выводов. Таким образом, для современных композиционных материалов развитие структурных подходов более актуально, чем для традиционных материалов. К тому же, элементами структуры композиционных материалов служат волокна, прослойки матрицы, границы раздела матрица-волокно, механические свойства которых могут быть исследованы относительно легко. [38]
При исследовании оплетенных волокнами сосудов установлено, что использованием композиций можно добиться того, чтобы появление течи не приводило к катастрофическому разрушению сосуда под давлением. При этом полезную роль играет способность композиций обеспечивать местное упрочнение и повышение жесткости, а также препятствовать распространению трещин. Разумеется, говоря о способности композиций повышать надежность конструкций, нельзя забывать о недостатке данных о реальном повышении надежности при применении современных композиционных материалов. [39]
Первоначально остовы самолетов изготавливались из дерева и ткани, а затем перешли к металлическим элементам конструкции. Алюминиевые сплавы широко использовались благодаря их прочности и меньшему весу. Современные композиционные материалы ( упорядоченные волокна, заключенные в пластмассовую матрицу) являются семейством прочных и долговечных заменителей металлических деталей. Композиционные материалы обеспечивают такую же или более высокую прочность, меньший вес и большую теплостойкость, чем используемые сейчас металлы, и обладают дополнительным преимуществом для военной авиации, существенно уменьшая радарный профиль остова самолета. Эпоксидные смолы, наиболее широко используемые композиты в аэрокосмической отрасли, составляют около 65 % всех используемых материалов. Полиамидные смолы используются там, где необходима высокая теплостойкость. Используемые композиты из других смол включают фенолы, полиэфирные кремниевые соединения. Алифатические амины часто используются в качестве консервирующих реагентов. Несущие волокна включают в себя графит, кевлар и стекловолокно. Стабилизаторы, катализаторы, антиоксиданты и пластификаторы действуют как вспомогательные компоненты для получения нужной консистенции. Другие сложные смолы включают насыщенные и ненасыщенные полиэфиры, полиуретановые и виниловые соединения, полимеры на основе акриловых, мочевинных и фторсодержащих полимеров. [40]
Область применения композитных материалов на полимерной основе постоянно расширяется. Конструкции из полимерных композитов используются в качестве несущих элементов и детален машин, летательных аппаратов, водных и наземных транспортных средств, протезирующих систем, продолжается внедрение полимерных материалов в строительство и мелиорацию. Важное место занимают они среди конструкционных материалов новых видов техники. Постепенное вытеснение полимерными композитами классических конструкционных материалов ( древесины, сталей, металлических сплавов и обычных видов керамики) обусловлено сочетанием в них целого ряда практически важных качеств. Во-первых, это высокие удельные значения деформативных и прочностных характеристик, реализованные в таких широко известных современных композиционных материалах на полимерной основе, как стекло -, угле -, боро - и органопластики. [41]
Каждый слой предполагается однородным ( что следует из феноменологического анализа) и ортотропным. Распределение деформаций по толщине пакета принимается линейным. Критерий разрушения записывается последовательно для каждого слоя в отдельности и предельная нагрузка для материала определяется в предположении допустимости нарушения его сплошности в процессе деформирования. Согласно второму подходу, слоистый материал рассматривается как однородный; анизотропный критерий разрушения записывается сразу для всего пакета слоев. Далее на основании этих данных поверхности разрушения слоистых материалов с произвольной структурой формируют теоретически. Такой подход получил наибольшее распространение при оценке прочности современных композиционных материалов, так как в процессе проектирования конструкции приходится рассматривать множество возможных структур материала. Вторая процедура предполагает известными прочностные характеристики рассматриваемого слоистого материала. Она эффективна для материалов, армированных тканями и образованных из одинаковых слоев. Далее рассмотрены критерии, основанные на послойной оценке прочности материала. [42]
В настоящее время для получения армированных пластиков используются, как известно, не только углеродные волокна. Уже продолжительное время применяются борные волокна, которые по сравнению с углеродными волокнами обладают большей жесткостью. Арамидные волокна, с появлением которых изменились наши представления о свойствах органических волокон, имеют значительно меньшую плотность, чем углеродные волокна. Волокна из карбида кремния и оксида алюминия весьма стойки к воздействию высоких температур. Поэтому углеродные волокна используют тогда, когда они могут успешно конкурировать по свойствам с другими волокнами. Недостатки материалов на основе углеродных волокон можно компенсировать, используя гибридные армированные пластики, которые получают путем сочетания в одном материале углеродных и других типов волокон. Таким образом, при создании современных композиционных материалов применяют дифференцированный подход к выбору волокон или их комбинаций. [43]
Страницы: 1 2 3