1371

244 Л Макаллистер, У Лакман

* В процентах от общего объема полуфабриката.

Таблица 7. Сопоставление характеристик ортогональной и проколотой заготовок [40]

В табл. 7 сопоставлены свойства 3-D ортогонального тка­ ного блока и блока из проколотой ткани. Обе заготовки были изготовлены из высокомодульной графитовой нити одной и той же ыаркн. Обнаруживается заметное различие структур

по объемному содержанию и распределению волокон. Блок из проколотой ткани имеет более высокое общее объемное со­ держание волокон и плотность.

Полученные результаты позволяют утверждать, что при­ менение проколотых тканей делает технологию изготовления многонаправленных блоков более разнообразной за счет воз­

торов на свойства углерод-углеродных композитов будет рас­ смотрено в разд. 4.1.

2.4.4. Структуры из предварительно полимеризованных нитей. Рассмотренные в разд. 2.4.2 сухие многонаправленные армирующие каркасы изготавливают ткацким методом и на ткацком оборудовании. В технологии проколотых тканых структур (разд. 2.4.3) используют предварительно изготов­

применяют предварительно полимеризованные нити. Много­ направленные структуры можно изготовить и без применения ткачества или других методов текстильной промышлености. Основными элементами для изготовления в этом случае яв­ ляются предварительно полимеризованные нити в виде прут­ ков, которые изготавливают методом пултрузии из высоко­ прочных углеродных волокон и фенольных связующих (34].

Один из типов структур, изготавливаемых из этих прут­ ков, представляет собоой 4-D конструкцию в виде правиль­ ного тетраэдра, каждый пруток которой составляет угол 70,5° с каждым из остальных трех. Если воспользоваться рис. 7, эту структуру можно представить с помощью диагоналей, проходящих через вершины Т, U, V, W элементарного блока.

Полимеризованные пучки нитей (прутки) для производ­ ства 4-D структур имеют диаметр от 1,0 до 1,8 мм и шести­ угольное поперечное сечение для достижения максимальной плотности упаковки. Показано, что вследствие высокой эф­ фективности упаковки объем волокон в 4-D четырехгранных структурах достигает 75 % [32].

Для сборки 4-D структур из прутков применяют оборудо­ вание, обеспечивающее строгое соответствие теоретической геЪметрической схеме [32]. Тип применяемого оборудования не описан. Готовые 4-D структуры, по-видимому, представ­ ляют собой блок, собранный из прутков, образованных графи­ товыми волокнами, в соответствии с заданной геометрической схемой. До введения матрицы подобные блоки не обладают целостностью.

3.2.МЕТОДЫ ПРОПИТКИ ЖИДКОСТЬЮ

3.2.1.Выбор пропитывающего вещества. Число органиче­ ских соединений, которые можно использовать для пропитки армируюшего каркаса почти не ограничено. Однако, если при­ нять во внимание все требования, касающиеся технологии и свойств готового материала, выбор ограничится относительно небольшим рядом соединений.

Выбирая полимерную матрицу для пропитки, последую­ щего уплотнения каркаса и перевода его в углерод-углерод- пый композит, учитывают следующие характеристики мат­ рицы и продукта ее пиролиза: (а) вязкость; (Ь) выход кокса;

Таблица 8. Характеристики каменноугольного пека

(с) микроструктуру кокса; (d) кристаллическую структуру кокса. Все эти характеристики зависят от давления и темпе­ ратуры, развивающихся в процессе получения углерод-угле- родных композитов.

Термореактивные фенольные и фурфуриловые смолы и пек из каменноугольной смолы или нефти являются двумя обычно применяемыми видами исходных материалов. Харак­ теристики типичных пека и смолы, применяемых для уплот­ нения углерод-углеродных композитов, приведены в табл. 8 и 9.

3.2.1.1. Термореактивные смолы. Применение термореак­ тивных смол обусловлено их хорошей пропитывающей

способностью и наличием обширной технологической базы благодаря их широкому использованию в производстве пласт­ масс. Большинство термореактивных смол полимеризуются при сравнительно низких температурах (<250 °С) с образо­ ванием сильно сшитого неплавкого полимера — аморфного твердого тела. При пиролизе эти смолы образуют стекловид­ ный углерод, который не графитизируется при нагреве вплоть до 3000 °С [28, 25]. Выход кокса у термореактивных смол,

Таблица 10. Характеристики угля из термореактивных смол (37]

которые образуют необходимые циклические структуры, кон­ денсируются и легко превращаются в углерод, составляет от 50 до 56 % по массе [35]. Установлено, что некоторые смолы дают более высокий выход кокса, до 73 % по массе при тем­ пературе до 800 °С [37]. В табл. 10 содержатся данные по выходу кокса и рентгенодифракционные данные получаемого продукта для ряда термореактивных смол; данные по ди­ фракции рентгеновских лучей для углеродной сажи и при­ родного графита приведены для сопоставления. На рис. 21 показаны обобщенные зависимости некоторых характеристик фурфуриловой смолы и каменноугольного пека от темпера­ туры обработки. Как видно, термореактивные смолы дают менее плотный и менее графитизированный кокс, чем к.ямен-