1.2. Инновационные технологии изготовления конструкционных материалов

Интенсивное развитие авиационной, космической, атомной, химической и других областей техники определяет необходимость создания новых конструкционных материалов, обладающих сложным комплексом различных свойств и способных обеспечить работу конструкций в любых условиях. Наиболее перспективным решением этой задачи является создание композиционных материалов (композитов) на основе высокопрочных углеродных, борных, стеклянных, органических и некоторых других видов волокон и нитей.

Композиционные материалы представляют собой сложные гетерогенные (неоднородные) структуры, образованные сочетанием армирующих элементов и изотропного полимерного связующего. Армирующие элементы в виде тонких волокон, нитей, жгутов или тканей обеспечивают физико-механические характеристики материала.

Важнейшим достоинством конструкционных материалов является направленный характер свойств материала. Можно создавать из конструкционных материалов элементы конструкций с заранее заданными свойствами, наиболее полно отвечающие характеру и условиям работы.

1.2.1. Технология изготовления изделий методом намотки

Наиболее распространенным и перспективным методом получения высокопрочных армированных конструкций является непрерывная намотка лент из однонаправленных волокон, нитей или жгутов, пропитанных связующим, с последующим его отверждением. Намотка непрерывными волокнами в направлении действия силы позволяет полностью реализовать повышенные механические свойства таких материалов, как углерод, бор, стекло, которые в форме волокон относятся к наиболее прочным из известных материалов.

Многокоординатные намоточные станки с микропроцессорным управлением реализуют спирально-кольцевой метод намотки оболочек вращения. Станки имеет большой диапазон схем укладки волокнистого армирующее материала, так достигается максимально возможная прочность готового изделия.

В специальных трехкоординатных станках реализован метод радиально-перекрестной намотки. Этот метод позволяет экономить материал и снижает трудоемкость изготовления изделия сложно геометрической формы.

Существует несколько технологических методов формирования изделий намоткой в зависимости от способа нанесения связующего на волокнистый армирующий материал и обеспечения необходимого содержания его в материале изделия.

Способ «мокрой» намотки

Способ «мокрой» намотки заключается в том, что пропитка армирующего волокнистого материала связующим и намотка на оправку совмещены (рис.1.1.). Сущность метода намотки: намотка стекложгута 1, пропитанного связующим, на вращающуюся оправку 4.

Для того чтобы обеспечить определенную ориентацию жгута на поверхность оправки, скорость перемещения раскладчика наполнителя (в данном случае роль раскладчика выполняют отжимные валики 3 в ванне 2) согласуется со скоростью вращения оправки 4.

Содержание компонентов в системе смола - стекловолокно регулируется также отжимными валиками. Для «мокрой» намотки используются в основном полиэфирные и эпоксидные связующие, а для сухой - главным образом связующие на фенольных смолах.

Рис. 1.1. Принципиальна схема изготовления деталей методом мокрой намотки: 1 – стекложгут; 2 – ванна; 3 – отжимные валики; 4 – оправка