Характеристики металлов, армированных углеродными волокнами

Среди армированных углеродными волокнами металлов наиболее хорошо изучены металлокомпозиты с алюминиевой матрицей. Однако даже для этого композиционного материала не решена проблема совместимости волокон и металлической матрицы. Опубликованные до настоящего времени данные касаются в основном методов производства полуфабрикатов и методов формования изделий, которые пока нельзя признать достаточно научно обоснованными и оптимизированными.

3. Ткани и препреги на их основе

Углеродные волокна имеют высокий модуль упругости и малые удли-

у длинения. Поэтому они не выдерживают многократных деформаций и использование их для получения тканых материалов представляет известные трудности. Однако в связи с прогрессом в технологии производства углеродных волокон и в технике ткачества оказалось возможным изготавливать из них и всевозможные тканые материалы. Преимуществом однонаправленных тканей является то, что в них практически исключаются перегибы волокон в продольном направлении, волокна хорошо ориентированы, материал получается гладким и приятным на ощупь. Их выпускают и в виде гибридных лент и полотна в сочетании со стекловолокнистыми нитями.

В настоящее время ассортимент тканей весьма разнообразен; они различаются плотностью расположения нитей по ширине, структурой плетения, соотношением числа нитей в продольном (по основе) и поперечном (поутку) направлениях, числом элементарных волокон в пучке и другими характеристиками. Некоторые виды специальных тканей: неизвитая ткань, в которой благодаря исключению изгибов углеродных волокон предотвращается повреждение волокон и снижение их прочности;

с

Рис.1. Примеры тканей специального назначения

a - неизвитая ткань; б - спиральная ткань; в – ткань с трехосной ориентацией; г – трехмерная ткань с ортогональной объемной ориентацией

пиральная ткань, в которой углеродные волокна расположены по спирали и связаны между собой в радиальном направлений; ткани с ориентацией углеродных волокон под углом 0,30 и 60°; трехмерные ткани, в которых углеродные волокна ориентированы также и в направлении толщины ткани, и т. д. Неизвитая ткань уже применяется при изготовлении удилищ и других изделий. На рис. 1 показаны примеры тканей специального назначения.

Перечисленные выше типы тканей производятся фирмами, выпускаю-

выпускающими углеродные волокна. Одни фирмы-изготовители углеродных волокон выпускают и препреги, осуществляя пропитку тканей связующими.

Другие- фирмы изготавливают из тканей изделия с одновременным введением в них связующего, используя указанный выше арсенал технологических средств.

Тесьма или плетеный рукав

Тесьма из углеродных волокон в виде плетеных рукавов характеризуется большей гибкостью по сравнению с тканями на основе углеродных волокон. Из тесьмы можно получать изделия сложной конфигурации с поверхностью неправильной формы и т. д. Кроме того, тесьму в виде рукава можно использовать для армирования внутренней поверхности металлических шлангов, изогнутых трубок и других изделий. Различные типы тесьмы различаются количеством углеродных волокон в нитях, углом ориентации нитей в тесьме, количеством входящих в тесьму нитей и т. д.

Маты

Маты представляют собой рулонный материал, состоящий из хаотически расположенных отдельных углеродных волокон, которые пропитаны полиэфирным или другим связующим. В отличие от армированных конструкционных материалов изделия на основе матов, не обладая высокой прочностью, имеют высокую электропроводность и используются в качестве антистатических и поглощающих радиоволны материалов для изготовления, например, полов.