Армированные пластики углеродных волокон

До недавнего времени углеродные волокна и ткани из них применялись для изготовления теплозащитных материалов. Однако усовершенствованная технология получения тонких волокон, сочетающих высокую прочность и жесткость с другими специальными свойствами (термостойкость, электропроводность и др.) позволила создать армированные угольными волокнами металлы и пластики, отличающиеся малой жесткостью и высокой прочностью. Такие композиции все больше применяются в космической, ракетной и авиационной технике. Чаще всего применяют углеродные волокна из вискозы и полиакрилонитрила. [c.70]

Таблица 6.14 Области применения пластиков, армированных углеродным волокном, в настоящем и будущем

К числу современных пластмасс относятся так называемые армированные пластики. В армированных пластиках в качестве наполнителя используют различные волокна. Волокна в составе пластмассы несут основную механическую нагрузку. Органопластики — пластмассы, в которых связующим являются синтетические смолы, а наполнителем — органические полимерные волокна. Их широко применяют для изготовления деталей и аппаратуры, работающих на растяжение, средств индивидуальной защиты и др. В стеклопластиках армирующим компонентом является стеклянное волокно. Стекловолокно придает стеклопластикам особую прочность. Они в 3—4 раза легче стали, но не уступают ей по прочности, что позволяет с успехом заменять ими как металл, так и дерево. Из стеклопластиков, например, изготовляют трубы, выдерживающие большое гидравлическое давление и не подвергающиеся коррозии. Материал является немагнитным и диэлектриком. В качестве связующих при изготовлении стеклопластиков применяют ненасыщенные полиэфирные и другие смолы. Стеклопластики широко используются в строительстве, судостроении, при изготовлении и ремонте автомобилей и других средств транспорта, быту, при изготовлении спортинвентаря и др. По сравнению со стеклопластиками углепластики (п.ласт-массы на основе углеродных волокон) хорошо проводят электрический ток, в 1,4 раза легче, прочнее и обладают большей упругостью. Они имеют практически нулевой коэффициент линейного расширения по цвету — черные. Они применяются в элементах космической техники, ракетостроении, авиации, наземном транспорте, при изготовлении спортинвентаря и др. [c.650]

Известны исследования углеродных волокон, получаемых на основе органических полимерных волокон. Углеродные волокна превосходят по прочности, легкости и эластичности стеклянные и металлические, используемые для получения армированных пластиков. Эластичность углеродных волокон в 4 раза больше эластичности обычных армированных пластиков [626, с. 392]. Созданы также комбинированные материалы на основе эпоксидной смолы, армированной волокнами карбида кремния [627, с. 39]. Для упрочнения материалов широко используют керамические усы , обладающие прочностью в 10—100 раз большей, чем прочность других материалов (стекловолокно, металлический корд и т. д.) [628, с. 1009 629, с. 25]. [c.299]

Материалы, армированные полимерными [3] и углеродными волокнами [40], значительно меньше изменяются во влажных средах и их, как правило, можно считать водостойкими. Водостойкость пластиков, армированных полимерными волокнами, зависит от свойств армирующего волокна. [c.224]

Свойства пластиков с твердым наполнителем определяются не только степенью наполнения и природой наполнителя и связующего, но также формой, размером и взаимным расположением частиц наполнителя. Высокая прочность материала достигается применением волокнистого наполнителя. Пластики, содержащие волокнистый наполнитель (органические, стеклянные, кварцевые, углеродные, борные волокна), названы волокнитами. Изменяя длину волокон и их взаимное расположение в связующем, меняют свойства материала и придают ему различную степень анизотропии. В тех случаях, когда удается расположить волокна в материале так, чтобы было обеспечено максимальное упрочнение в направлениях главных напряжений в нем, наполнитель выполняет функцию армирующего компонента — армированные пластики. [c.7]

Карбонизация окисленного волокна сопровождается отщеплением воды, аммиака и синильной кислоты. Полученный полимер нерастворим во всех растворителях, что еще более затрудняет исследование его структуры. Полагают, что на этой стадии происходит агрегация колец с образованием прочных низкомодульных волокон, в которых углеродный скелет имеет почти плоскую форму. Даже при температуре 1000 °С волокно сохраняет небольшое количество азота и водорода однако при более высоких температурах они полностью отщепляются. Графитация карбонизованного полимера вызывает его дальнейшую перегруппировку, в результате которой получается кристаллит, имеющий сетчатую структуру, подобную структуре графита. Углеродные волокна, близкие по свойствам к описанным выше, можно также получить путем регулируемого пиролиза целлюлозных волокон. Наиболее прочное сцепление со связующим при изготовлении армированных пластиков достигается в случае, когда поверхность углеродного волокна подвергают предварительной химической активации, т. е. регулируемому окислению воздухом или концентрированной азотной кислотой для образования карбонильных или карбоксильных групп. [c.353]

Углеродные фибриллы могут быть использованы для армирования пластиков и керамических материалов возможно их сочетание и с другими волокнами. Можно получать антистатические ткани. Японские исследователи [c.99]

Углеродные волокна, используемые в композициях со смолами для изготовления армированных пластиков, характеризуются высокой разрывной прочностью и жесткостью. Их получают из специальных марок полиакрилонитрильных волокон путем трехступенчатой термической обработки по строго определенному режиму во все более жестких условиях. На первой стадии полиакрилонитрильное волокно нагревают на воздухе при температуре 200—300°С, одновременно вытягивая его для поддержания высокой степени ориентации макромолекул. Окисленное волокно подвергают карбонизации в атмосфере инертного газа с повышением температуры до 1500 °С и в заключение проводят графитацию волокна при температуре до 2500—3000 °С. Природа протекающих при этом химических реакций сложна и пока еще плохо изучена. На первой стадии в полимер вводится кислород и волокно становится устойчивым к термической деструкции. Для этого промежуточного материала было предложено несколько структур, большинство которых основано на представлении об образовании многоядерной системы лестничного типа с непрерывным увеличением числа сопряженных двойных связей (и, следовательно, углублением окраски) в ходе окисления. В состав этой системы входят звенья 85 —87. [c.352]

К. А. Андрианов и сотр. [106] изготовили углерод-углеродные композиции термической обработкой армированных пластиков, полученных с применением в качестве матрицы кремнийорганических соединений, и нанесением на углеродное волокно пиролитического углерода. Для сравнения изготавливались композиции, состоящие из стеклянного волокна и углеродной матрицы. Углерод-углеродные композиции по свойствам, особенно по удельным механическим показателям, превосходят композиции стеклянное волокно — [c.306]

Весьма перспективные материалы для производства глубоководных аппаратов — пластики, армированные углеродными или борными волокнами. Широкое применение этих волокон ограничивается их высокой стоимостью. Однако, по данным исследователей США, эпоксидный слоистый пластик, армированный углеродными волокнами (см. Углеродопласты), более перспективен для изготовления корпусов глубоководных аппаратов, чем стеклопластик, вследствие более высоких модуля упругости и усталостной выносливости и меньшей плотности. [c.482]

Детали крыльев фюзеляжа, летательных аппаратов металлические конструкции, армированные пластиками с углеродными волокнами [c.310]

Армирующие наполнители воспринимают осн. долю нагрузки К. м. По структуре наполнителя К. м. подразделяют на волокнистые (армированы волокнами и нитевидными кристаллами), слоистые (армированы пленками, пластинками, слоистыми наполнителями), дисперсноармированные, или дисперсноупрочненные (с наполнителем в виде тонкодисперсных частиц). Матрица в К.м. обеспечивает монолитность материала, передачу и распределение напряжения в наполнителе, определяет тепло-, влаго-, огне- и хим. стойкость. По природе матричного материала различают полимерные, металлич., углеродные, керамич. и др. композиты. Подробнее о ф-ции матрицы и армирующего наполнителя, а также о технологии получения волокнистых полимерных К. м. см. Армированные пластики. [c.443]

Образцы пластиков, армированных углеродными волокнами, характеризовались при испытаниях жесткостью, в 4 раза превосходящей этот показатель всех известных до настоящего времени армированных пластиков. По-видимому, эти материалы будут в первую очередь применяться в авиации, однако это не исключает возможности их использования в других областях при условии, что затраты на их производство будут существенно снижены. До настоящего времени были изготовлены лишь опытные образцы углеродных волокон. Промышленное производство углеродных волокон, вероятно, будет организовано фирмами, вырабатывающими химические волокна, однако до настоящего времени ничего не сообщалось о возможных ценах на углеродное волокно, хотя очевидно, что в начальной стадии производства эти цены будут очень высоки. [c.201]

Это соотношение сохраняется до разрушения материала, которое наступает при достижении предельной деформации одной из фаз. В пластиках, армированных углеродными волокнами, первыми обычно разрушаются волокна, а в стеклопластиках — матрица. Если разрушающее напряжение при растяжении волокон обозначить а,, а соответствующий показатель для матрицы при предельной деформации волокон обозначить а,,,, то разрушающее напряжение при растяжении композиционного материала описывается формулой [c.91]

Углеродные волокна обладают уникальными механическими свойствами. В зависимости от назначения изготовляются карбони-зованные или графитированные материалы, каждый из которых является технически ценным продуктом. Углеродные волокнистые материалы применяются как таковые или, чаще, в виде армированных пластиков, изготовленных на их основе. [c.327]

Адгезия волокон. Посколь ку адгезия волокон к полимер ной матрице определяет прочность армированных пластиков, необходимо располагать методами регистрации усилия, требуемого для разрушения пары волокно — матрица. Первоначально такие методы разрабатывались для определения прочности адгезионной связи стекловолокна с полимерным связующим, но используются и для испытаний адгезионных соединений с металлическими, углеродными, полимерными и другими волокнами. Подобные методы основаны главным образом на сдвиге волокна относительно полимерной матрицы предложены и другие методы [18, 19]. Измерение сил прилипания двух скрещенных под углом 90° волокон (кварцевых, целлюлозных) использовали для определения влияния на эти силы водных растворов, исследования процесса формования бумажного полотна, и т. д. Если одно из волокон покрыто слоем полимерного связующего, то можно определить усилие, необходимое для преодоления адгезии клея если разрушение имеет адгезионный, характер). Однако этот метод не нашел распространения ввиду трудности точного определения площадей контакта волокон, покрытых слоем клея. Более определенные результаты получают, если тонкое волокно (7—40 мкм), адгезия которого определяется, вклеивают под углом 90° между двумя толстыми (150 мкм) волокнами, покрытыми слоем связующего (рис. 1.25). Площадь склейки определяется как площадь боковой поверхности цилиндра диаметром с1 и образующей I (где d — диаметр тонкого волокна, а I — длина склейки). [c.29]

Камеры сгорания ракетных двигателей твердого топлива изготавливаются из прочных армированных пластмасс стеклопластиков, сочетающих нейлон, эпоксидные и другие смолы с закаленным стеклянным волокном, углеродных пластиков. При изготовлении двигателя из стеклопластика по форме камеры плетется мешок из стеклянных или углеродных нитей, которые пропитываются смолами, после чего смолы отверждаются. Прочность па разрыв стенок из стеклопластика может достигать 90 — 95 кг/мм-, в то время как для дюралюминия она равна 42—46 кг/мм , а для мягкой стали 48—57 кг/мм . [c.42]

В зависимости от природы наполнителя различают след, виды A.n. стеклопластики (наполнитель-стеклянное волокно), боропластики (борное волокно), асбопластики (асбестовое волокно), углепластики (углеродное волокно), древесные слоистые пластики (древесный шпон) и др. А. п. с наполнителями в виде коротких волокон наз. волокнита-ми, в виде т .г.не -текстолитами, в виде бумаги - гешг дк-сами. По характеру ориентации волокон различают однонаправленно, перекрестно и пространственно армированные пластики. [c.197]

В зависимости от типа полимерной матрицы различают наполненные реактопласты, термопласты и каучуки (о последних см. в ст. Наполненные каучуки). В зависимости от типа наполнителя Н.п. делят на дисперсно-наполненные пластики (наполнитель-дисперсные частицы разнообразной формы, в т.ч. измельченное волокно), армированные пластики (содержат упрочняющий наполнитель непрерывной волокнистой структуры), газонаполненные пластмассы, маслонаполненные ка)гчуки по природе наполнителя Н.п. подразделяют на асбопластики (наполнитель-асбест), графитопласты (графит), древесные слоистые пластики (древесный пшон), стеклопластики (стекловолокно), углепластики (углеродное волокно), органопластики (хим. волокна), боропластики (борное волокно) и др., а также на гибридные, или поливолокнистые, пластики (наполнитель-комбинация разл. волокон). [c.168]

Общей особенностью всех волокон, используемых в композитах, является их малый диаметр [2]. Главной причиной использования волокон малого диаметра является способность многих материалов проявлять в таком виде чрезвычайно высокую прочность, что связано с масштабным эффекто.м . Поэтому все современные армированные пластики независимо от их состава содержат волокна диаметром не более 0,1 мм. Кроме того, малый диаметр волокна необходим для получения достаточно большой боковой поверхности, на которой происходит передача нагрузки от сравнительно непрочной и нежесткой матрицы к волокну, так как при большом диаметре сил адгезии недостаточно для передачи нагрузки между волокпамп. Основные с зой-ства наиболее перспективных неорганических волокон приведены в табл. 8.4. Как видно из этой таблицы, стеклянные волокна обладают сравнительно небольшим модулем, в то время как остальные волокна можно считать высокомодульными. В настоящее время на практике применяют стеклянные, борные и углеродные волокна, причем последние обладают наибольшей удельной жесткостью вследствие высокой плотности. [c.213]

В числе других минеральных волокон, нашедших примеиение для производства армированных пластиков, можно упомянуть керамические волокна на основе кремнекислого алюминия (фай-берфракс), волокно рефразил (96% ЗЮд), волокно каовул, получаемое из каолпна, и углеродные волокна [87, с. 64, 84]. Вопросы [c.337]

Решающее значение при выборе полимерных материалов для внешних элементов обшивки самолета, нагревающихся из-за трения о воздух и торможения потока, имеет термостойкость. Перспективными термостойкими связующими для армированных пластиков, помимо модификаций фенольных и циклоалифатпч. эпоксидных смол, являются полибензимидазолы. Композиции на основе карбонизованных полимеров, содержащие асбестовые и углеродные волокна (см. Углеродопласты) и выдерживающие темп-ры 800 С и выше, используют при изготовлении тормозных дисков на авиационных колесах. [c.454]

Гн/м (20-10 —60-10 егс/л Ж ). В лабораторных условиях получены У. в. с прочностью до 4 Гн1м (400 кгс1мм ) и модулем до 7 10 Гн/м (до 70 10 кгс/мм ). Из-за низкой плотности (1,7—1,9 г/сж ) по уд. значению механич. свойств (отношение прочности и модуля к плотности) У. в. превосходят все известные жаростойкие волокнистые материалы. На основе высокопрочных и высокомодульных У. в. с использованием полимерных связующих разработаны конструкционные армированные пластики. Введение У. в. в полимеры приводит в ряде случаев к повышению устойчивости пластиков к истиранию на 1—2 порядка и соответственно к увеличению срока службы изделий. У. в., а также армированные ими пластики имеют низкие показатели прочности и модуля упругости при деформациях сдвига. Чтобы избежать этого недостатка, на поверхности волокна выращивают кристаллы термостойких соединений, напр. Si , BN, или осуществляют химич. обработку волокна, напр. конц. HNO3. При этом прочность пластиков на сдвиг возрастает в 2—3 раза. Разработаны композиционные материалы на основе У. в. и керамических связующих, У. в. и углеродной матрицы, а также У. в. и металлов (А1, Mg, Ni), способные выдерживать более жесткие температурные воздействия, чем металлы. [c.337]

Прессование У. в отличие от др. армированных пластиков проводят при уд. давлениях, не превышаюпщх 2,0—2,5 Мн1м (20—25 кгс/см ), что обусловлено плохой смачиваемостью углеродного волокна и возможностью его разрушения. У. на основе эпоксидных и эпок-сидно-феноло-формальдегидных смол прессуют при 120—200° С, на основе феноло-формальдегидных — при 140—200 °С, на основе полиэфирных — при 20— 160 °С (в зависимости от темп-ры разложения инициатора), на основе кремнийорганич.— при 180—250 °С, на основе полиимидных — при 180—315 °С. [c.337]

Наряду с металлизирован-пыми текстолитами, сформированными с иснользованнем связующих на основе термореактивных смол разработан ряд слоистых пластиков аналогичного назначения, в которых в качестве адгезива для пропитки и соединения слоев металлизированной углеродной ткани используют политетрафторэтилен. Так, в [44] описан такой пластик, армированный углеродной тканью с металлическим покрытием из никеля. Волокна ткани имеют диаметр от 5 до 15 мкм и модуль упругости 84-10 МПа. Толщина металлического покрытия составляет 0,2—2 мкм. Материал отличается хорошей тенлоироводностью, низким коэффициентом трения (0,05—0,07) и высокой износостойкостью (1,2-10 ). Наибольший эффект достигается, когда углеродные волокна в пластике расположены перпендикулярно поверхности трения. [c.101]

Английская фирма Royal Air raft Establishment сообщила о создании новых углеродных волокон, которые могут иметь важное значение в производстве армированных пластиков. Свойствами, которые вызывают особый интерес к этим материалам в качестве армирующих наполнителей, являются жесткость, превосходящая примерно в 6 раз этот показатель у стекловолокна, в сочетании с повышенной механической прочностью [1]. Характерно, что углеродные волокна по жесткости и прочности в два раза превосходят специальные сорта стали для самолетостроения, обладающие повышенной прочностью на разрыв. Если кроме того принять во внимание пониженный удельный вес этих волокон, то станет очевидным их преимущество по сравнению со стекловолокнистыми и другими армирующими материалами. [c.200]

Макроскопические характеристики усталостного разрушения металлов и волокнистых композиционных материалов очень похожи, хотя на микроуровне они различаются очень сильно. Хрупкие материалы, такие как стекло, углерод и бор, не снижают свою несущую способность при циклических нагрузках в отличие от пластически деформируемых материалов. Следовательно, композиционные материалы на основе хрупких волокон должны обладать высокой усталостной выносливостью, если волокна выдерживают основную нагрузку. Это предположение выполняется в случае пластиков, армированных однонаправленными углеродными и борными волокнами при усталостных испытаниях на одноосное напряжение. Диаграммы зависимости максимального напряжения от числа циклов до разрушения (диаграммы а—М) для таких материалов действительно практически горизонтальны и при циклических нагрузках, лежащих ниже полосы разброса статической прочности при растяжении, истинное усталостное разрушение практически не наблюдается. Бимон и Харрис [140], а также Оуэн и Моррис [141] получили одинаковые результаты для карбопластиков на основе эпоксидных и полиэфирных связующих [c.136]

В течение последних десяти лет в промышлениости разрабатывался ряд волокон, имеющих значительно более высокий модуль упругости, чем стеклянные [1—3]. Из новых органических волокон в первую очередь следует отметить волокно РКД-49, а из неорганических волокон — борные и углеродные волокна. Основу борных волокон обычно составляет вольфрамовая проволока диаметром 12 мкм, на которую осаждается металлический бор. Диаметр таких волокон составляет 75—125 м1км (диаметр стеклянных волокон—4—10 мкм). Углеродные волокна получают путем пиролиза органических волокон. Диаметр этих волокон близок к диаметру стеклянных. Не рассматривая подробно свойства новых типов армирующих волокон и армированных ими пластиков [1, 2], ограничимся лишь кратким их сравнением (табл. 3,4). [c.20]

В Японии фирма Nippon Kayku Со. организовала промышленное производство углеродного волокна из лигнина выпуск такого волокна достигает несколько тонн в месяц. Волокно используется для изготовления электропроводящих бумаг, армированных пластиков, подшипников, антифрикционных материалов и других изделий. [c.260]

Наконец, в зависимости от природы наполнителя различают следующие армированные пластики стеклопластики (наполнители— стекловолокнистые материалы) текстолиты (наполнители— ткани различной структуры) асбопластики (наполнители—асбоволокнистые материалы) древесно-слоистые пластики (наполнитель — древесный шпон) гетинакс (наполнитель — бумага) пластики на основе химических волокон углепластики (арматура — углеродные волокна, т. е. органические волокна и ткани, подвергнутые термической обработке в отсутствие воздуха) пластики, в которых наполнителями служат металлические волокна или нитевидные кристаллы. [c.296]

Тканые наполнители производятся главным образом на основе хлопчатобумажных, стеклянных и углеродных тканей. Их используют для получения высокопрочных армированных анизотропных материалов. В зависимости от морфологии используют рулонные ткани, тканые ленты и шнуры, а также однонаправленные ленты, в которых несущие высокопрочные волокна основы соединены в непрерывную ленту редкими нитями утка . На сегодняшний день армированные такими наполнителями пластики обладают наиболее высоким комплексом физико-механических, термодеформационных, теплофизических и эксплуатационных свойств. В качестве свя- [c.21]

Прочность и модуль упругости пластиков с однонаправленным расположением волокон в направлении армирования линейно возрастает с повышением прочности и модуля упругости волокна (рис. V.19) [36]. Основными факторами, определяющими физикомеханические свойства карбоволокнитов в изотермических условиях, являются степень наполнения, ориентация волокон в материале и свойства волокон. На рис. V.20 приведены зависимости плотности, модуля Юнга и модуля сдвига, разрушающего напряжения при растяжении и степени анизотропии упругих свойств E G). однонаправленного карбоволокнита [37] от объемной доли высоко-модульного волокна с прочностью 250 кгс/мм и модулем Юнга 30 000 кгс/мм . При наполнении карбоволокнами в виде некрученых жгутов при параллельном их расположении в пластике оптимальная степень наполнения, как и в случае стекловолокнитов, равна fiO—70 объемн.% [38, с. 23—27]. Это подтверждают кривые зависимости прочности и модуля упругости эпоксидного и кремний-органического карбоволокнитов, содержащих некрученое высокомодульное волокно, полученное карбонизацией ПАН-волокон, от степени наполнения (рис. V.21). При однонаправленном расположении волокон в виде крученых жгутов оптимальная степень наполнения выше, чем при наполнении углеродной лентой . Для [c.218]

Наибольшее количество пластиков, армированных короткими волокнами и выпускаемых промышленностью, содержат стеклянные волокна. Основными достоинствами этих волокон являются низкая стоимость, простота получения и переработки, а также высокая прочность при условии осторожного обращения с ними после вытяжки, хотя, конечно, процессы рубки волокон и формирования изделий из наполненных композиций сопровождаются частичным разрушением волокон. Асбестовое волокно является ближайшим конкурентом стеклянного волокна, поскольку оно также дешево и помимо высокой прочности обладает более высоким, чем стеклянные волокна, модулем упругости. Асбестовые волокна значительно тоньше и короче, чем стеклянные, и поэтому с ними труднее работать, хотя разработаны специальные методы их переработки и промышленностью выпускаются полимеры, армированные асбестовыми волокнами — асбопластики. Рубленые углеродные и борные волокна хотя и обеспечивают потенциально более высокую прочность и жесткость материала на их основе, достигается это за счет более высокой стоимости, и поэтому они пока не могут составить серьезную конкуренцию стеклянным и асбестовым волокнам. Нитевидные монокристаллы (усы), например из АЬОз, 51зН4, 51С, обладают наибольшей прочностью, однако они слишком дороги и с ними слишком трудно работать, чтобы их можно было использовать в промышленных масштабах. [c.90]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология