Главная Случайная страница


Категории:

ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника






КОМПОЗИТЫ С ПОЛИМЕРНОЙ МАТРИЦЕЙ

Композиционные материалы с полимерной матрицей отличаются низкой плотностью (1200 ... 1900 кг/м3), малой чувствительностью к надрезу, тепло- и электропроводностью, высокими усталостной и удельной прочностью, технологичностью переработки, радиопрозрачностью (ряд материалов) и др. В качестве полимерной матрицы для композитов применяются как термореактивные (преимущественно), так и термопластичные полимеры, а наполнителей - любые из перечисленных выше.

Материалы на основе термопластичных полимеров с дисперсными наполнителями различной природы (тальк, графит, оксиды металлов, слоистые твердые смазки, металлические порошки, дискретное стекловолокно и т.д.) используют для изготовления слабо- и средненагруженных деталей машин и аппаратов, корпусных деталей, зубчатых колес и звездочек, подшипников и уплотнений, приводных ремней, емкостей и др.

Среди термопластичных композитов наиболее широкое применение получили стеклонаполненные материалы. В качестве наполнителя используют волокна диаметром 9 ... 13 мкм из бесщелочного алюмоборосиликатного стекла, короткие (длиной 0,1 ... 1 мкм) и длинные (длиной 3 ... 12 мм) со степенью наполнения 10 ... 40% от массы полимера. Выпускаются стеклонаполненные пластмассы на основе полиамидов, поликарбоната, полипропилена и др. термопластов. Наполнение термопластов стекловолокном повышает прочностные характеристики полимеров и теплостойкость, снижает в 1,5 ... 2 раза ползучесть, уменьшает в 2 ... 7 раз температурное расширение, повышает предел выносливости и износостойкость. Введение в композиты твердых слоистых смазок, таких, как графит, дисульфид молибдена, нитрид бора и др., снижает коэффициент трения полимеров и повышает их износостойкость.

Прочность композитов на основе термопластов достигает 150 … 160 МПа при достаточно высокой ударной вязкости (KCU = 8 … 60 Дж/м2).

Композиционные материалы на основе термореактивных пластмасс создаются на базе полимеров, отверждающихся при нагревании или под действием отвердителей с образованием трехмерной полимерной структур К числу отверждаемых при нагревании относятся композиты на основе феноло-формальдегидных, мочевино- и меламино-формальдегидных, кремнийорганических и других смол. Ко второму типу относятся композиты на основе полисилоксанов, эпоксидных смол и ненасыщенных полиэфиров.

Термореактивные пластмассы, в отличие от термопластов, характеризуются полным отсутствием хладотекучести, обладают значительно большей теплостойкостью, отличаются нерастворимостью, имеют незначительную набухаемость. Они проявляют стабильность свойств вплоть до температуры теплостойкости, способность выдерживать длительные нагрузки при температурах от - 60 до +200 ... 300 °С в зависимости от типа полимера, имеют хорошие диэлектрические свойства. Но эти материалы менее технологичны, чем термопласты.

Наибольшей адгезией к наполнителю обладают эпоксидные смолы. Отвержденные эпоксидные смолы устойчивы к воздействию щелочей, окислителей, большинству органических кислот. Однако композиты на их основе имеют невысокие механические свойства, обладают теплостойкостью до 200 °С, к тому же эти смолы токсичны.

Наибольшую теплостойкость имеют композиты на кремний-органических и полиимидных связующих (до 280 ... 350 °С).

Использование эпоксидных смол и непредельных полиэфиров позволяет получать материалы, способные отверждаться при комнатной температуре (холодного отверждения), что очень важно при изготовлении крупногабаритных изделий.

Композиционные материалы с дисперсными наполнителями в качестве которых используются порошки органических (древесная мука, целлюлоза) и минеральных (кварц, тальк, слюда, оксиды металлов, твердые слоистые смазки, в т.ч. графит, дисульфид молибдена, нитрид бора) веществ, обладают изотропными свойствами, невысокими механической прочностью и ударной вязкостью.

В качестве волокнистых армирующих материалов используются хлопковые очесы, кордовые нити, асбестовое волокно, стекловолокно. Соответственно, эти материалы называются волокнитами, кордоволокнитами, асбоволокнитами, стекловолокнитами.

Волокниты - пластмассы на основе хлопковых очесов, пропитанных феноло-формальдегидной смолой. Материалы обладают повышенной, по сравнению с пресс-порошками, ударной вязкостью (до 10 кДж/м2), однако имеют значительно меньшую текучесть, что не позволяет получать тонкостенные детали. Волокниты имеют низкие диэлектрические свойствами, неустойчивы к тропическому климату, обладают анизотропией свойств. Применяются они для изготовления изделий общетехнического назначения с повышенной стойкостью к вибрациям и ударным нагрузкам, работающих на изгиб и кручение, например, шкивов ременных передач, фланцев, рукояток, крышек и др.

Асбоволокниты - композиты, содержащие волокнистый минерал - асбест, расщепляющийся на тонкие волокна диаметром до 0,5 мкм. В качестве связующего применяются феноло-формальдегидные и кремнийорганические смолы. Они обладают высокой ударной вязкостью и теплостойкостью до 200 °С, устойчивы к кислым средам, имеют хорошие фрикционные свойства. Применяются в основном в качестве материалов для тормозных устройств (тормозные колодки, накладки, диски сцепления).

Асбоволокниты на феноло-формальдегидной основе используются для производства высокопрочных теплостойких деталей электротехнического назначения (электрические панели, высоко- и низковольтные коллекторы), а на основе кремнийорганических полимеров - для деталей, длительно работающих при температурах до 200 °С (материал К-41-5) и для дугогасящих камер контакторов большой мощности, клеммных колодок (КМК-218). Последние материалы тропикоустойчивы. Фаолит — асбоволокнит, полученный пропиткой асбоволокон феноло-формальдегидной смолой с последующим вальцеванием смеси, используют для изготовления кислотоупорных труб, емкостей.

Стекловолокниты представляют собой пластмассы, содержащие в качестве наполнителя стекловолокна. Применяются стекловолокна диаметром 5 ... 20 мкм высокопрочные с временным сопротивлением sВ=600 ... 3800 МПа и высокомодульные (ВМ-1, ВМП, М-11), имеющие sВ = 3900 ... 4700 МПа и модуль упругости при растяжении до 110 ГПа. Используют волокна, нити, жгуты разной длины, что во многом определяет ударную вязкость стекловолокнита. Чем тоньше волокно, тем меньше его дефектность и выше прочность.

Механические свойства стекловолокнитов зависят от состава, количества и длины стекловолокна, типа связующего, физико-химических процессов, протекающих на границе раздела стекловолокно — связующее, метода переработки. Например, замена стекловолокна из стекла Е (бесщелочное алюмосиликатное) на волокно из стекла S (теплостойкое высокопрочное) в эпоксидном связующем позволяет повысить прочность композита на 40%.

С целью улучшения смачиваемости стекловолокна связую­щим, снижения напряжений, возникающих на границе раздела, увеличения адгезии между волокном и связующим применяют аппретирование (обработку) волокон соединениями, содержащими различные реакпионноспособные группы (винильные, метакрильные, фенильные, амино- и иминогруппы и др.). Уменьшению напряжений в пограничном с волокном слое связующего, снижению усадки и пористости, повышению теплостойкости способствует введение в связующее порошкообразных наполнителей, в частности, порошка отвержденного связующего.

Стекловолокниты подразделяют на: спутанно-волокнистые, гранулированные и мелкодисперсные пресс-массы.

Спутанно-волокнистые стекловолокниты получают путем пропитки отрезков волокон длиной 40 … 70 мм с последующей распушкой и сушкой для удаления растворителя (например, АГ-4В). Недостатком этих материалов является неравномерность распределения связующего, больший разброс механических свойств и меньшая текучесть по сравнению с другими стекловолокнитами.

Гранулированные стекловолокниты (премиксы) получают путем пропитки некрученных стеклонитей и стекложгутов с последующей сушкой и резкой на гранулы длиной 5, 10, 20 и 30 мм. Диаметр гранул 0,5 … 8 мм. Материал обладает хорошими сыпучестью и текучестью, большей стабильностью механических свойств. К этой категории материалов относятся дозирующиеся стекловолокниты ДСВ.

Мелкодисперсные стекловолокнистые пресс-массы изготавливают путем смешения измельченных стекловолокон длиной до 1,5 мм со связующим с последующим гранулированием (гранулы размером 3 ... 6 мм). Выпускается также "стеклокрошка" с гранулами длиной до 10 ... 50 мм из пропитанных отходов стеклоткани.

Стекловолокнит гранулированный с гранулами размером до 6 мм перерабатывается литьевым прессованием. Мелкодисперсные стекловолокниты можно перерабатывать литьем под давлением, а при изготовлении изделий с металлической арматурой — литьевым прессованием. Стекловолокнит с длиной гранул размером 10 мм перерабатывается литьевым и прямым прессованием, а при длине гранул длиной 20 и 30 мм — только прямым прессованием.

Из стеклопластиков изготавливают корпусные детали, эле­менты щитков, изоляторов, штепсельных разъемов, обтекателей антенн и т.д. Изделия, эксплуатируемые при температурах от -60 до +200 °С, изготавливают на основе анилино-феноло-формальдегидных смол и бесщелочного алюмоборосиликатного стекловолокна, а для температурного диапазона - 60...+100 °С на основе эпоксидных смол.

Стекловолокниты на основе кремнийорганических смол эксплуатируются до температуры 400 °С, а с использованием кварцевого или кремнеземного волокна кратковременно и при более высоких температурах. Для деталей теплозащитного назначения применяют стекловолокниты на основе кремнеземного волокна и феноло-формальдегидных смол.

На основе стеклянных матов и непредельных полиэфирных смол получают препреги, которые используют для изготовления крупногабаритных деталей (кузова, лодки, корпусные детали приборов и т.д.). Применение ориентированных волокон позволяет получать стекловолокниты с повышенными механическими свойствами. Например, ориентированный стекловолокнит АГ-4С имеет: sВ = 200 ... 400 МПа, KCU = 100 кДж/м2; в то время как у АГ-4В на основе путаного волокна: sВ = 80 МПа, KCU = 25 кДж/м2.

Органоволокнитыпредставляют собой композиционные материалы на основе полимерных связующих, в которых наполнителем служат волокна органических полимеров (полиамидные, лавсан, нитрон, винол и др.). Для армирования применяются также жгуты, ткани и маты из этих волокон. В качестве связующих применяют термореактивные смолы (эпоксидные, феноло-формальдегидные, полиимидные и др.).

Использование полимерных связующих и наполнителей с близкими теплофизическими характеристиками, а также способных к диффузии и химическому взаимодействию между ними, обеспечивают композитам стабильность механических свойств, высокие удельную прочность и ударную вязкость, химическую стойкость, стойкость к термоудару, тропической атмосфере, истиранию. Допускаемая температура эксплуатации большинства органоволокнитов 100 ... 150 °С, а на основе полиимидного связующего и термостойких волокон - до 200 ... 300 °С. К недостаткам этих материалов следует отнести невысокую прочность при сжатии и ползучесть.

Для получения высокопрочных композитов применяют волокна на основе ароматических полиамидов (арамидные волокна СВМ, терлон, кевлар), обладающие высокими механическими свойствами, термостабильностью в широком диапазоне температур, хорошими диэлектрическими и усталостными свойствами. По удельной прочности эти волокна уступают лишь борным и углеродным.

Бороволокниты- композиционные материалы на полимерной матрице, наполненные борными волокнами. Они обладают хорошими механическими свойствами, низкой ползучестью, высокими тепло- и электропроводностью, стойкостью к органическим растворителям, горюче-смазочным материалам, радиоактивному излучению, циклическим знакопеременным нагрузкам.

Борные волокна получают путем химического осаждения бора из газовой смеси BCl3 + H2 на вольфрамовую нить при температуре ~1130°С. Для повышения жаростойкости волокна покрывают карбидом кремния, также осаждаемым из парогазовой фазы в среде аргона и водорода. Такие волокна называют борсиком. В качестве связующего для бороволокнитов используют модифицированные эпоксидные смолы и полиимиды. Бороволокниты КМБ-3, КМБ-Зк обеспечивают работоспособность изделий при температурах до 100 °С, КМБ-1 и КМБ-1к до 200 °С, а КМБ-2к до 300 °С. С целью повышения технологичности переработки используют композиты, содержащие смесь борного волокна со стекловолокном.

Бороволокниты применяются в авиационной и космической технике для изготовления различных профилей, панелей, деталей компрессоров и др.

Карбоволокниты(углепластики) - композиционные мате­риалы на основе полимерного связующего и углеродных волокон. Углеродные волокна отличаются высокими теплостойкостью; удельной прочностью, химической и атмосферостойкостью, низким коэффициентом термического линейного расширения.

Применяют волокна двух типов: карбонизованные и графитированные. В качестве исходного материала используют вискозные или полиакрилонитрильные (ПАН) волокна, каменные и нефтяные пеки, которые подвергаются специальной термообработке. В процессе высокотемпературной обработки в безокислительной среде происходит переход от органических волокон к углеродным. Карбонизация проводится при температуре 900 ... 2000 °С, а графитизация - при температурах до 3000 °С. Углеродные волокна по механическим свойствам подразделяются на высокомодульные и высокопрочные. В качестве связующих используют термореактивные полимеры: эпоксидные, феноло-формальдегидные, эпокси-фенольные смолы, полиимиды и др., а также углеродные матрицы.

Карбоволокниты обладают хорошими механическими свойствами, статической и динамической выносливостью, водо- и химической стойкостью и т.д.

Карбоволокниты на эпокси-анилино-формальдегидном связующем (КМУ-3, КМУ-Зл) работоспособны при температурах до 100 °С, на эпокси-фенольном (КМУ-1л, КМУ-ly) до 200 °С, на по-лиимидном (КМУ-2, КМУ-2л) до 300 °С, на углеродной матрице до 450 °С на воздухе и до 2200 °С в инертной среде.

Применяются карбоволокниты для изготовления конструкционных деталей авиационной и ракетной техники, антенн, судов, автомобилей, спортивного инвентаря.

Слоистые композиционные материалы имеют листовые наполнители (ткани, бумагу, шпон и т.д.), пропитанные и скрепленные между собою полимерным связующим. Эти материалы обладают анизотропией свойств. В качестве волокнистых армирующих элементов используют ткани на основе высокопрочных волокон различной природы: хлопчатобумажные, стекло-асботкани, органоткани, углеткани, органостеклоткани, бороорганостеклоткани. Ткани различаются между собой по соотношению волокон в основе и утке, по типу переплетения, что сказывается на их механических свойствах. Выпускаются слоистые композиты в виде листов, труб, заготовок.

Гетинакс - пластик на основе модифицированных фенольных, амино-формальдегидных и карбамидных смол и различных сортов бумаги.

Органогетинакс изготавливают на основе бумаги из синтетических волокон, чаще всего из ароматических полиамидов и поливинилового спирта. В качестве связующих применяют полиимиды, феноло-формальдегидные, эпоксидные смолы и другие. По сравнению с гетинаксами они имеют более высокую стойкость в агрессивных средах и стабильность механических и диэлектрических свойств при повышенных температурах.

Текстолит - слоистый пластик на основе полимерных связующих и хлопчатобумажных тканей. Материал обладает высокими механическими свойствами, стойкостью к вибрациям. В зависимости от основного назначения текстолиты подразделяются на конструкционные, электротехнические, графитированные, гибкие прокладочные.

Конструкционный текстолит марок ПТК, ПТ, ПТМ используется для изготовления зубчатых колес, подшипников скольжения, работающих при температурах в зоне трения не выше 90° С, в прокатных станах, турбинах, насосах и др. Выпускается в виде листов толщиной от 0,5 до 8 мм и плит толщиной от 8 до 13 мм.

Электротехнический текстолит используется в качестве электроизоляционного материала в средах с рабочей температурой от минус 65 до +165°С и влажностью до 65%. Выпускается он в виде листов толщиной от 0,5 до 50 мм марок А, Б, Г, ВЧ. Электрическая прочность в трансформаторном масле до 8 кВ/мм. Марка А - с повышенными электротехническими свойствами для работы в трансформаторном масле и на воздухе при промышленной частоте 50 Гц. Марка Б - с повышенными электротехническими свойствами для работы на воздухе при частоте 50 Гц. Марка Г - по свойствам и области использования аналогична марке А, но с расширенными допусками по короблению и толщине. Марка ВЧ — для работы на воздухе при высоких частотах (до 106 Гц).

Графитированный текстолит применяется для изготовления подшипников прокатного оборудования и выпускается в виде листов толщиной 1 … 50 мм, длиной до 1400 мм и шириной до 1000 мм.

Гибкий прокладочный текстолит используют для производства уплотняющих и изолирующих прокладок в узлах машин, подвергаемых воздействию масел, керосина, бензина. Выпускают в виде листов толщиной 0,2 ... 3,0 мм.

В асботекстолитахи асбогетинаксах в качестве наполнителей содержится соответственно асботкань или асбобумага (до 60%), а в качестве связующего - феноло-формальдегидные и меламино-формальдегидные смолы, кремний-органические полимеры, которые определяют допускаемую температуру эксплуатации.

Материалы на меламино-формальдегидной основе допускают работу изделий при температурах до 200 °С, на феноло-формальдегидной до 250 °С и на кремнийорганической до 300 °С при длительной эксплуатации. Кратковременно температура может достигать 3000 °С. Применяют асботекстолиты в основном для изготовления тормозных колодок, тормозных накладок, в качестве теплоизоляционного и теплозащитного материалов.

Стеклотекстолиты изготавливают на основе стеклотканей и различных полимерных связующих. На феноло-формальдегидных смолах (КАСТ, КАСТ-В, КАСТ-Р) они более теплостойки, чем текстолит ПТК, но хуже по вибростойкости. На кремнийорганических смолах (СТК, СК-9Ф, СК-9А) имеют высокую тепло- и морозостойкость, обладают высокой химической стойкостью, не вызывают коррозии контактирующего с ним металла. Применяют стеклотекстолиты в основном для крупногабаритных изделий радиотехнического назначения.

Высокой ударной вязкостью KCU до 600 кДж/м2, временным сопротивлением до 1000 МПа обладают стекловолокнистые анизотропные материалы,армированные стеклошпоном (СВАМ). По удельной жесткости эти материалы не уступают металлам, а по удельной прочности в 2 … 3 раза превосходят их.

Газонаполненные пластмассы также можно отнести к классу композитов, так как структура их представляет собой систему, состоящую из твердой и газообразной фаз. Их подразделяют на две группы: пенопласты и поропласты. Пенопласты имеют ячеистую структуру, поры в которой изолированы друг от друга полимерной прослойкой. Поропласты имеют открытую пористую систему и присутствующие в них газообразные или жидкие продукты сообщаются друг с другом и окружающей средой.

Пенопласты получают на основе термопластичных полимеров (полистирола, поливинилхлорида, полиуретана) и термореактивных смол (феноло-формальдегидных, феноло-каучуковых, кремний-органических, эпоксидных, карбамидных). Для получения пористой структуры в большинстве случаев в полимерное связующее вводят газообразующие компоненты, называемые порофорами. Однако имеются и самовспенивающиеся материалы, например, пенополиэфироуретановые, пенополиэпоксидные. Пенопласты на основе термопластичных смол более технологичны и эластичны, однако температурный диапазон их эксплуатации от -60 до +60 °С.

Поропласты получают, в основном, путем механического вспенивания композиций, например, сжатым воздухом или с использованием специальных пенообразователей. При затвердевании вспененной массы растворитель, удаляясь в процессе сушки и отверждения из стенок ячеек, разрушает их. Сквозные поры можно получить, наполнив композиции водорастворимыми веществами. После прессования и отверждения изделия его погружают в нагретую воду, в которой вымываются растворимые вещества.

Поропласты применяют для изготовления амортизаторов, мягких сидений, губок, фильтров, в качестве вибродемпфирующих и звукоизоляционных прокладок в вентиляционных установках, глушителях, прокладок в касках и шлемах и т.д. Плотность их составляет 25 ... 500 кг/м3.

Металлополимерные каркасные материалы представляют собой композиционные материалы, в которых несущей основой является трехмерная металлическая сетка, а межкаркасная полость заполнена полимерной композицией, содержащей различные функциональные компоненты (рис. 5.11).

 

 

4

А б

Рис. 5.11. Структура металлополимерного каркасного материала (а) и материала МПК (б):

1 - частицы металла, 2 – полимер, 3 - твердая смазка, 4 - пиролитический графит

В машиностроении нашли применение металлополимерные самосмазывающиеся материалы на основе металлокерамического каркаса и полимерных связующих, содержащих различные сухие смазки (графит, дисульфид молибдена, йодистый кадмий и др.). Такие материалы используются для изготовления подшипников скольжения, сепараторов подшипников качения, поршневых колец и т.п.

Для получения металлокерамического каркаса используют порошки оловянистой бронзы, нержавеющей стали, стеклокерамику. Межкаркасные полости заполняют фторопластом- 4Д путем пропитки 50%-ной водной суспензией фторопласта или смесью фторопласта-4Д со свинцом. Металлокерамический антифрикционный материал МПК, изготовленный на основе порошков нержавеющих сталей, содержит пирографит и фторопласт- 4.

Технология его получения заключается в следующем: из металлических порошков прессуют и спекают каркас с пористостью 20 … 70%. Затем в специальной камере через поры пропускают углеродсодержащий газ при температуре, обеспечивающей пиролиз газа и осаждение графита на стенки каркаса до заполнения около 3/4 объема пор, после чего осуществляют многократную вакуумную пропитку изделия суспензией фторопласта-4 с одновременной термообработкой.

Самосмазывающиеся материалы приведенного типа работоспособны при температурах до 250 °С.

Весьма перспективно применение ленточных каркасных самосмазывающихся материалов, представляющих собой металлическую основу (ленту), на которую припекается слой пористого металлокерамического каркаса. Поры каркаса заполняют композициями на основе фторопласта- 4 и твердых смазок.

Ленточные материалы весьма технологичны, позволяют изготавливать подшипники скольжения (свертные) и вкладыши любого размера) допускают эксплуатацию без смазки при температурах до 280 °С при больших давлениях (до 200 … 300 МПа) и скоростях скольжения. Использование металлической ленты-основы и бронзового пористого каркаса обеспечивает хороший теплоотвод из зоны трения, а находящийся в порах и на поверхности фторопласт-4 с твердыми смазками - низкий коэффициент трения и высокую износостойкость пар трения. За рубежом широко используются ленточные материалы типа DU, DP, DQ.

Одним из недостатков каркасных ленточных материалов является малая толщина поверхностного приработочного слоя (10 … 20 мкм), что исключает возможность механической обработки подшипников после их монтажа в корпусе.

Эффективно применение каркасных самосмазывающихся материалов, каркас которых спечен из металлических волокон или сеток, а в качестве матрицы использованы различные полимерные композиции, а также материалов на основе углеграфитовых и металлизированных углеграфитовых тканей, пропитанных полимерными связующими с твердыми смазками.

В настоящее время широкое применение нашли композиционные древесные материалы,представляющие собой армирующие древесные материалы (наполнители), объединенные в матрице (как правило, полимерной) с введением специальных добавок. В ряде случаев они носят название древопластики, либо КДПМ (композиционные древесные полимерные материалы).

Древесностружечные плиты - крупноразмерные изделия, изготовляемые методом горячего плоского прессования древесных частиц, смешанных со связующим. Согласно ГОСТ 10632-89 плиты выпускают размерами 2440х1220; 2750х1500; 3500х1750; 3660х1830; 5500х2440 мм, толщиной от 10 до 25 мм, шлифованные и не шлифованные. В соответствии с назначением плиты подразделяют на три марки: П-1 (П-1М многослойные и П-1Т трехслойные) - изготовляют футляры, панели и другие детали в радио- и приборостроении, элементы мебели и строительства. Облицовываются пленками на основе термореактивных и термопластичных полимеров, лакокрасочными материалами; П-2 (П-2Т и П-20 однослойные, подразделяемые на группы А и Б) - из­готовляют корпуса приборов, машин, контейнеры и тару (кроме пищевой), стеллажи, элементы мебели и строительных конструкций. Применяют облицованные шпоном, декоративными бумажно - слоистыми пластиками и без облицовки; П-3 (П-ЭТ) - детали кузовов автофургонов, перегородки вагонов, элементы строительных несущих конструкций. По качеству поверхности плиты подразделяют на шлифованные (1 и II сортов) и нешлифованные (I и II сортов).

Плиты древесноволокнистые (ГОСТ 4598-86) в зависимости от плотности подразделяют на мягкие (М), полутвердые (ПТ), твердые (Т) и сверхтвердые (СТ) и в зависимости от предела прочности при изгибе - на семь марок: М-4, М-12, М-20, ПТ-100, Т-350, Т-400 и СТ-500, где числа означают минимальную величину предела прочности плит при изгибе в кгс/см2. Толщина плит 2,.5; 3,2; 4; 5; 6; 8: 12; 16 и 25мм, ширина от 1220 до 1830 мм и длина от 1200 до 5500 мм. Предназначены для использования в изделиях и конструкциях, защищенных от увлажнения.

Древесные слоистые пластики (ДСП) - горячепрессованные многослойные, пропитанные синтетическими смолами листы шпона различных пород древесины. ДСП характеризуются высокой прочностью и износостойкостью, небольшим коэффициентом трения и хорошей прирабатываемостью.

ДСП толщиной от 1 до 15 мм изготовляют в виде прямоугольных листов, толщиной от 15 до 60 мм - в виде плит. Листы и плиты, склеенныеиз целых по длине листов шпона, называют цельными, а из нескольких - составными (с несколько пониженными свойствами). Цельные листы выпускают шириной 950 мм и длиной 700, 1150 и 1500 мм и 1200х1500 мм; составные 2400х950, 4800х1200, 5000х1200 мм; плиты цельные: 750х750, 950х700 (1150, 1500); 1200х1200 (1500), составные плиты выпускают тех же размеров, что и составные листы. В соответствии с ГОСТ 13913-78 и ГОСТ 20366-75 ДСП подразделяют на 11 марок.

К числу перспективных узлов и деталей из КДПМ могут быть отнесены:

ролики ленточных конвейеров;

корпуса подшипников качения;

глухие и проходные крышки, люки;

центральные части колес и катков (колесные центры с бандажами, изготовленными из стали);

блоки тросов для кранов, тельферов, полиспастов и т. п.;

шкивы, звездочки, шестерни, закрепленные на валах с помощью бесшпоночных соединений;

грузы, противовесы, успокоители, маховики с внутренней частью из спрессованных металлических стружек и наружной частью из КДПМ;

панели внутренней обшивки автомобилей, автобусов, вагонов, кабин различных машин и т. п.;

поршни пневмо- и гидроцилиндров;

оконные рамы;

каркасы для деталей из пенополиуретана;

гнуто-клееные профили и панели из шпона;

сэндвич-панели с наружными листами из фанеры, ДВП, ДСтП, ДСГ1, ДБСП или металла (стали, алюминия) и центральной части из пенопластов с древесными наполнителями;

детали из пенопластов с древесными наполнителями конструкционного и теплоизоляционного назначения (например, детали крепления потолков вагонов, тепло-, шумо- и виброизоляция вагонов, тепловозов, рефрижераторов и дверей гаражей, теплоизоляция труб при бесканальной прокладке и т.п.);

резервуары (бензобаки, ресиверы и т.п.).

подшипники скольжения, работающие в режиме избирательного переноса;

Безусловно, рассмотренные перспективные направления применения КДПМ не претендуют на полноту, не исчерпывают всех возможных областей использования и могут быть значительно расширены.

МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КМ

В промышленности применяется большое разнообразие методов получения заготовок, полуфабрикатов и изделий из композиционных материалов, причем эти методы совершенствуются и изобретаются новые. В настоящем разделе приводятся методы, опубликованные в ряде изданий, широко используемые для получения композиционных материалов с металлической и полимерной матрицей.

КМ С МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ МАТРИЦЕЙ

В производстве и обработке рассматриваемых композиционных материалов необходимо различать получаемые на предварительной стадии полуфабрикаты композита (премиксы и препреги), к которым относятся волокна с покрытиями, предварительно пропитываемые жгуты волокон, плетеные «ремни», сетки, пористые ленты с одним слоем волокон. Впоследствии их используют в качестве элементов сборных многослойных заготовок. В результате компактирования этих заготовок могут быть получены полуфабрикаты (ленты, листы, полосы, плиты, трубы, проволока), которые затем подвергаются процессам формообразования, раскроя, сварки, механической обработки. В отдельных случаях процессы формообразования и компактирования удается совместить, т. е. изготовление изделий из сборных заготовок может быть одно- либо двухстадийным.

Заготовки получают различными способами, наиболее распространенными являются описанные ниже.

При получении сборных заготовок укладкой или намоткой волокон на оправкупоследние располагают с определенным шагом между слоями матричных элементов (рис. 5.12), при этом положение волокон не фиксируется, поэтому, при последующем компактировании взаимное расположение соседних волокон может оказаться непостоянным. Качество изделий из композитов повышается при обеспечении условий равномерной (или другой регулярной) укладки волокон в матрице, отсутствии окисления поверхности волокон и загрязнений на контактных поверхностях составляющих материала путем предварительного получения полуфабрикатов композитов.

Получение ленточных монослойных полуфабрикатов плазменным напылением.Оптимальным вариантом применения плазменного метода для изготовления полуфабрикатов композитов является процесс импульсного плазменного напыления металлической матрицы. Стационарная плазменная струя при нанесении металлических покрытий путем распыления материала расходуемого проволочного электрода оказывает мощное тепловое и силовое воздействие, которое может привести к разупрочнению и даже разрушению некоторых видов волокон. Для изготовления ленточных монослойных (с одним слоем волокон) полуфабрикатов применяется импульсный процесс. Частицы материала матрицы композита при напылении оказывают термическое и механическое воздействие на волокна, однако оптимизация условий процесса обеспечивает возможность сохранения исходной прочности многих видов волокон, имеющих защитные покрытия, снижение исходной прочности волокон без покрытий составляет несколько процентов. Например, при напылении алюминия на волокна бора последние сохраняют 90 … 92% исходной прочности.

Ленты - полуфабрикаты получают плазменным напылением двумя способами:

- непрерывное волокно с заданным шагом наматывают на барабан, поверхность обода которого имеет нарезанные или накатанные по винтовой линии канавки, после закрепления концевых участков волокон производят напыление матричной составляющей композита;

- на поверхности барабана фиксируют слой фольги из матричного материала, наматывают волокно, фиксируют концевые участки и производят напыление.

В первом случае можно получать ленты с более высокими объемными долями волокон и более равномерным их распределением в матричной составляющей. Ленты с одним рядом волокон обычно имеют толщину 150 … 250 мкм, их габаритные размеры в плоскости определяются шириной и диаметром барабана. Можно получать ленты шириной от нескольких десятков миллиметров до нескольких метров при длине не более 10 м.

Наиболее широко плазменное напыление применяют для изготовления лент - полуфабрикатов из композитов системы алюминий-бор. Напыленная матричная составляющая (в зависимости от режимов напыления) имеет пористость 5 … 40%. Напыляемые частицы пере­мещаются в плазменной струе с возрастающей скоростью 50 … 150 м/с, поэтому в результате движения волн сжатия развивается ударное давление, достигающее 1000 МПа (и более), время действия которого весьма мало (10-1 … 10-2 с). Время действия напорного давления на два-три порядка больше, но его величина не превышает 20 МПа. Вследствие высокоскоростного перемещения напыляемых частиц и соударения с волокнами и поверхностью обода барабана они расплющиваются в тончайшие пластинчатые образования с практически мгновенным затвердеванием пограничного (с поверхностью волокна) слоя матричной частицы. Максимальная температура поверхности волокна в контакте с напыленной матричной частицей может достигать 0,8 … 0,9 от температуры плавления напыляемого материала. Так как матричная составляющая ленты формируется в результате последовательного переноса множества расплавленных и быстро деформирующихся (от соударения) частиц, она имеет слоистую тонкопластинчатую структуру. Между пластинами обычно располагаются дискретные цепочки дисперсных оксидов матричного материала; размер частиц матрицы, покрытых не сплошным слоем оксидов, обычно равен 2 … 10 мкм.

Природа напыляемого металла (в числе других факторов) воздействует на волокна при плазменном напылении. Прочность волокон снижается последовательно в ряду напыляемых металлов Zn, Al, Cu, Ni, Ti. Титан, являющийся одним из основных матричных материалов для конструкционных композитов, практически полностью разупрочняет волокна бора, и в большинстве случаев разрушение волокон происходит непосредственно в процессе напыления, однако и в этом случае ведущим ослабляющим фактором является окисление поверхности волокон.

Получение композитных полуфабрикатов типа жгутов. Сечение основных полуфабрикатов этого типа представлены на рис. 5.13. Для их изготовления используют методы непрерывного литья, а также пропитки в вакууме и под давлением. Схема установки для получения композитных полуфабрикатов методом непрерывного литья (матричного материала) представлена на рис. 5.14.

 

Рис. 5.13. Сечение жгутов:

а – моноволокно с металлическим матричным покрытием, б – многоэлементный жгут, пропитанный металлом, в, г – металлические пруток или профиль, армированные моноволокнами или тонкими жгутами

При получении полуфабрикатов методом непрерывного литья волокна разматываются с катушек 1, оснащенных тормозными устройствами (для разматывания с небольшим натяжением), подогреваются в печи 7, проходят тигель 3 с расплавом матричной составляющей композита; формируемый полуфабрикат проходит через полость фильеры 4, сечение которой (с учетом термической усадки) и определяет сечение полуфабриката.

Другим видом полуфабриката, весьма удобным для последующего изготовления изделия, являются семиволоконные пропитанные жгуты, по гибкости мало уступающие исходным нитям. Жгуты используют при изготовлении различных деталей из сборных заготовок. Эти жгуты могут вводить в заготовки намоткой или укладкой в зависимости от формы изделия и требуемого характера армирования. Получают жгуты из волоко

Последнее изменение этой страницы: 2016-08-17

lectmania.ru. Все права принадлежат авторам данных материалов. В случае нарушения авторского права напишите нам сюда...