Гибридными называют композиционные материалы, содержащие более одного вида армирующего материала в одной матрице. Включение более одного вида армирующего материала имеет целью повышение тех или иных свойств композита. Так, включение в лонжерон лопасти вертолета из стеклопластика ровницы из углеволокон повышает модуль упругости, усталостную долговечность. Считают, что сочетание непрерывного и рубленого волокна в одной матрице также приводит [...]

Упругие и прочностные характеристики однонаправленного слоя, определенные методами микромеханики, позволяют выявить их зависимость от свойств и объемного содержания компонент. Необходимо иметь в виду, что все многочисленные модели микромеханики однонаправленного слоя удовлетворительно согласуются между собой только в отношении продольного модуля упругости. Результаты определения упругих и прочностных свойств при поперечном направлении и сдвиге существенно отличаются от экспериментальных [...]

Прочность однонаправленного слоя является функцией физико-механических характеристик компонент композита, характеристик процесса изготовления, характеристик взаимодействия армирующей и матричной компонент, а также напряженного состояния в слое, вызванного внешней нагрузкой и технологическими напряжениями, возникающими в процессе изготовления изделия.
Перечислим основные из них:
- объемная доля и распределение волокон;
- объемная доля матрицы;
- наличие, размер и распределение пор;
- упругие и прочностные характеристики [...]

Разрушение при продольном сжатии может происходить в различных формах, которые показаны на рис.1:
- микровыпучивание волокон при упругом или пластическом состоянии матрицы;
- микровыпучивание волокон после нарушения адгезионной связи
между ними и матрицей;
- расслаивание;
- выпучивание слоя;
- сдвиговое разрушение слоя;
- разделение слоев из-за поперечного растяжения в направлении
толщины слоя (поперечное расслаивание от растяжения).
Микровыпучивание волокон при упругих напряжениях [...]

Растяжение вдоль волокон
Как показали анализы разрушения слоя под действием продольной нагрузки, возможны несколько (три и более) видов разрушения (рис. 1):
а) хрупкий;
б) хрупкий с вытаскиванием волокон;
в) обусловленный сдвигом матрицы между волокнами и нарушением адгезионного взаимодействия волокно-матрица (т.е. появлением расслоения).

Рис. 1 Виды разрушения при продольном растяжении :
а – хрупкое; б – хрупкое с вытаскиванием волокон;
[...]

Характер разрушения армированных пластиков определяется свойствами армирующей и матричной фаз и их взаимодействием на границе раздела. Предельные деформации волокон и матрицы могут отличаться в несколько раз. Компоненты армированных пластиков в связи с этим разрушаются не одновременно. Поэтому учет предельных деформаций матрицы и армирующих волокон при прогнозировании прочности композиционного материала имеет существенное значение. Очень часто причиной [...]

Карбид- кремниевые ( SiC ) волокна являются одними из высокотермопрочных и термостойких армирующих материалов. На основе волокон SiC и кремниевой матрицы созданы перспективные композиционные материалы для элементов горячей части ГТД (лопатки турбины, соплового аппарата и др.), ДВС (поршни, цилиндры, камеры сгорания), элементов конструкций ракетной и космической техники. Композиционные материалы представляют собой кремниевую матрицу, армированную [...]

Борные волокна [5] относятся к наиболее высокопрочным, высокомодульным армирующим материалам. Они представляют собой непрерывные моноволокна диаметром 50 – 200 мкм. Высокая прочность бороволокон обусловлена мелкокристаллическим строением (кристаллы порядка 1,5…3 нм) борного слоя. Бороволокна имеют значительный разброс по прочности, который вызван неоднородностью структуры и дефектами в волокнах. Прочность борных волокон (диаметр 90… 140 мкм) составляет 3400… [...]

Органические (арамидные) волокна относятся к классу ароматических полиамидных волокон. Их получают на основе линейных волокнообразующих полиамидов, в которых не менее 85 % амидных групп непосредственно связано с двумя ароматическими кольцами. Органические волокнообразующие полимеры получают методом поликонденсации диаминов и галогенангидридов дикарбоновых кислот в растворе при низкой температуре. Образующийся при этом полимер в виде крошки или геля [...]

Армирующие материалы на основе УВ выпускаются в виде самых разнообразных текстильных структур: непрерывных нитей, тканых и нетканых материалов, ровнингов, жгутов, войлока и др. Тип и вид текстильной структуры определяются ее применением в композиционном материале

Волокна на основе гидрата целлюлозы получаются методом мокрого формования из древесной целлюлозы. Начиная с 1959 г. эти волокна стали широко использоваться как сырье при получении высокопрочного, высокомодульного углеродного волокна для композиционных материалов. Процесс получения углеродных волокон из волокон гидрата целлюлозы (ГТЦ) включает три основные стадии: низкотемпературную стабилизационную термообработку, карбонизацию при 1300°С, графитизацию с вытяжкой [...]

Пеки являются продуктами деструкции, образующимися при перегонке сырой нефти, каменного угля и др. под воздействием высокой температуры. Многообразие пеков определяется их молекулярной структурой. Промышленное значение имеет только процесс получения углеродного волокна на основе жидкокристаллических (мезофазных) пековых структур. В технологическую схему процесса вводится стадия перевода пека в жидкокристалическое состояние путем его термообработки при определенных условиях. Мезофазное [...]

Для получения хорошего высокопрочного, высокомодульного УВ из ПАН необходимо создать преимущественную ориентацию макромолекул параллельно оси волокна. Затем следует стабилизировать структуру волокна, чтобы преимущественная ориентация сохранилась в волокне после карбонизации.
В настоящее время в технологии стабилизации ПАН предпочтение отдается методу предварительного натяжения волокна для ориентации фибриллярной сетки вдоль оси волокна и последующей стабилизации на воздухе при температуре [...]

Процесс переработки ПАН-волокна в углеродные волокна включает следующие стадии: формирование исходного ПАН-во­локна; предварительная вытяжка; стабилизация при 220°С на воздухе под натяжением (ориентация надмолекулярной структуры параллельно оси волокна); карбонизация при 1500°С в атмосфере инертного газа; графитизация при 3000°С в атмосфере инертного газа

Основным высокопрочным, высокомодульным армирующим материалом при создании высокопрочных композитов с органическими и неорганическими матрицами являются углеродные (графитовые) волокна [18, 29]. Уникальные свойства композиционных волокнистых материалов с углеродными волокнами определяются, в первую очередь, высокими механическими свойствами самих волокон. Эти характеристики обусловлены высокой анизотропией механических свойств кристаллов графита. На рис. 2.4 показана кристаллографическая структура идеального кристалла графита. [...]

Высокая прочность при растяжении.
Прочностные свойства стекловолокон зависят от химического состава стекла, технологии их получения, наличия механических повреждений на поверхности волокон, их диаметра и длины. С увеличением диаметра волокон их прочность падает. Наибольшее использование имеют стекловолокна диаметром (6?15) мкм. Удельная прочность стекловолокон (отношение предела прочности при растяжении к плотности) превышает удельную прочность стальной проволоки.
Хемостойкость.
Стекловолокна устойчивы [...]

Стекло является аморфным материалом. С одной стороны, оно не обладает кристаллической структурой твердого тела, с другой – не обладает текучестью, характерной для жидкостей. Химически стекла состоят в основном из кремнеземной основы (Si O2), существующей в виде полимерных цепочек. Однако диоксид кремния (кварц) требует высоких температур для расплавления и вытягивания волокон. Поэтому кварцевые волокна используются в [...]

Наиболее распространенными армирующими волокнами являются стекловолокна [23]. Исходным технологическим процессом для получения всех видов стекловолокон является процесс вытяжки нитей из расплава.
Кварцевой песок, известняк, борная кислота, глина, уголь, шпаты и другие компоненты перемешиваются и плавятся в высокотемпературных печах. Температура плавления для каждой композиции своя, но в среднем она составляет около 1260°С. Расплав стекла поступает непосредственно в [...]