9.5. Приближенные зависимости для расчета упругих характеристик композита с противофазным искривлением волокон

следующий вид:

sin* q? cos2 у

£ ф —

G12

Qaa cos4 <p + Qn sin4(p —

— Q12 sin2 ф cos2 q?

+

(9.11)

cos2<p

■'ф — £

+Q!lQi 2 + 2? - s i n a 2<p]‘ ; (9.12) QnQaa — Qia

Компоненты матрицы жесткости, входящие в эти зависимости, опреде­ ляются через упругие характеристики композита:

Значения упругих постоянных рас­ считываются с учетом искривления волокон по зависимостям из табл. 9.5.

Опытные значения упругих харак­ теристик материалов трех различных типов приведены в табл. 9.8. Харак­ теристики определяли в диапазоне напряжений, не превышающих 50% от разрушающих. В указанном диа­ пазоне диаграммы деформирования при растяжении и сжатии этих материа­ лов о достаточной точностью можно

9.8. Зависимость модуля упругости £ ф и коэффициента Пуассона уф от угла вырезки образцов для стеклопластиков, образованных системой двух нитей

П р и м е ч а н и е . Коэффициент вариации значений упругих характе­ ристик не превышал 8%.

считать линейными (см. рис. 9.7, 9.8). Разброс значений (см. табл. 9.8) упру­ гих постоянных незначителен.

Установлено, что для материалов, отличающихся значительным углом ис­ кривления волокон основы (С-11-32-50), модули упругости в на­ правлении основы и под углом к ней (ф ^ 45°) различаются незначительно. Различия в коэффициентах Пуассона для главных осей ортогропии и под углом к ним весьма существенны. Опытные значения модуля упругости

и сдвига под углом ф хорошо совпадают

срасчетными, вычисленными по из­ вестным формулам пересчета упругих постоянных относительно осей упру­ гой симметрии ортотропного тела, ис- ходя из экспериментально определяе мых значений Ех, Еу, Gxyt Е4Ъ и vxb

(рис. 9.10). Экспериментальные зна чения в главных направлениях орто тропии также хорошо совпадают с рас

четными (см. табл. 9.8). Следовательно, упругие постоянные £ ф, бф, v,p ма­ териалов с достаточной точностью мо­ гут быть рассчитаны по свойствам исходных компонентов и их объемному содержанию.

9.4.5. Прочностные свойства. В табл. 9.9 представлены прочностные характеристики при сжатии, растя­ жении и изгибе * типичных материа­

лов в главных направлениях ортотропии. Эти характеристики имеют небольшой разброс. Значительное пре­ вышение прочностных характеристик материалов при растяжении и изгибе в направлении искривленных волокон по сравнению с прочностью при сжа­ тии не является следствием различной чувствительности этих характеристик к искривлению волокон. В табл. 9.10 сопоставлены прочностные характери­ стики в направлении искривленных волокон с аналогичными характери­ стиками в направлении прямых воло­ кон одного и того же материала при

* Прочность при изгибе определяли при 1/Ь = 20.

п /« 16 is го гг

Рис. 0.10. Расчетные и эксперименталь­ ные значения (ГПа) модулей упругости и сдвига под углом к главному направлению ортотропии материала:

равном объемном содержании арма­ туры (р* = р-а). Приведенные данные свидетельствуют о том, что искривлен-

Pi/p*= 1*17; для остальных материа­ лов щ /р а = 1.

ные волокна практически одинаково влияют на прочность при растяжении и сжатии: увеличение степени искрив-

Рис. 9.11. Расчетные и экспериментальные значения прочности (МПа) при растяже­ нии и сжатии стеклопластиков, образован­ ных системой двух нитей под углом к глав­ ным направлениям ортотропии:

О — экспериментальные точки

ления волокон приводит к снижению прочности. Причем поведение рассма­ триваемых материалов различно при нагружении на изгиб вдоль волокон основы и утка. При изгибе в направле­ нии волокон утка не наблюдается эаметного снижения прочности с умень­ шением отношения пролет: высота образца [18]. При испытании на изгиб в направлении волокон основы проч­ ность с уменьшением отношения про­ лет: высота образца заметно возра­ стает. Прочностные характеристики под углом ф и направлению основы могут быть, описаны зависимостью

1201

(9.14)

За исходные расчетные данные при этом принимаются опытные значения характеристик в главных направле­ ниях и под углом 45° к ним. Примени­ мость зависимости (9.14) подтверждена совпадением расчетных и эксперимен­ тальных значений этих характеристик для трех типов материалов (рис. 9.11).

Прочность при сжатии исследуемых материалов под углами ф, не рав­ ными 0 и 90°, как правило, оказы­ вается значительно выше прочности их при растяжении (табл. 9.11). Все композиты исследованных типов имеют стабильные значения рассматриваемых характеристик, о чем свидетельствует незначительный их разброс. Средние значения прочностных характеристик, как показывают опытные данные, прак­ тически не изменяются при опреде­ лении их на материалах, взятых из разных партий, но имеющих одина­ ковые схемы армирования и содержа­ ние арматуры.

9.4.6. Влияние структурных параме­ тров. Некоторые типы композитов не имеют четко выраженной противофазности расположения волокон в смеж­ ных элементах. Для этих материалов характерно наличие одинаковых форм искривления волокон во всем объеме и смещение искривлений по фазе в на­ правлении оси ) в смежных элементах

на часть периода. В зависимости от относительного смещения по фазе упа­ ковка искривленных волокон в смеж­ ных элементах может быть однофазной, противофазной или иметь промежу­ точный характер. Приближенная оцен­ ка значений упругих констант мате­ риалов с искривленными волокнами, смещенными по фазе, может быть произведена по моделям для компо­ зитов с противофазно и однофазно искривленными волокнами. Погреш­ ность расчета может быть оценена путем сравнения характеристик ма­ териалов, имеющих однофазное и про­ тивофазное расположение волокон в смежных элементах. Степень и закон искривления волокон в материале

обоих типов при этом принимаются одинаковыми.

Исследования (9] показывают, что замена однофазного искривления во­ локон противофазным при углах на­ клона 0 > 10° приводит к значитель­ ному росту модуля сдвига G18 в пло­ скости искривления волокон и модуля упругости Ег. Для рассмотренного диапазона изменения угла 6 расхо­ ждение в значениях G18 сопоставляе­ мых материалов возрастает с увеличе­ нием угла искривления волокон. Ма­ ксимальное расхождение в значениях £j наблюдается при углах 0 = 22-т- 23°. Коэффициент Пуассона и мо­ дуль упрутости £ э мало чувствительны к изменению расположения волокон. Увеличение жесткости армирующих волокон существенно повышает чув­ ствительность G18 и Ег к заданному расположению волокон. При расчете £i и G13 оказывается важным точное установление характера искривления

(однофазного или противофазного) во­ локон в материале.

Степень искривления. Численная оценка изменения упругих характе­ ристик материалов, образованных си­ стемой двух нитей, в зависимости от угла 0 представлена в работе [9]. Увеличение угла 0 до 15° приводит к незначительному снижению моду­ лей упругости Ег и £ 8. Значение мо­ дуля сдвига G18 при этом существенно увеличивается. Наиболее чувствителен к углу наклона волокон основы коэф­ фициент Пуассона v18 (при увеличении

9.11. Зависимость предела прочности при растяжении R+ и сжатии R~

типичных материалов, образованных системой двух нитей, от угла вырезки образца

П р и м е ч а н и е . Коэффициент вариации значений характеристик со­ ставлял 2—9%.

от 0 до 15° его значение возрастает примерно на 60%).

Уменьшение коэффициента армиро­ вания в направлении искривленных волокон при неизменном объемном содержании в материале арматуры более заметно отражается на значе­ нии G13, чем на модулях упругости и коэффициенте Пуассона v18.

Увеличение жесткости армирующих волокон приводит к линейному из­ менению упругих характеристик ком­ позитов, образованных системой двух нитей. Применение волокон с повы­ шенной жесткостью весьма эффективно при создании композитов с высокой сдвиговой жесткостью [9].

9.5. КОМПОЗИТЫ, АРМИРОВАННЫЕ СИСТЕМОЙ ТРЕХ НИТЕЙ

9.5.1. Определение упругих характери­ стик. Упругие характеристики ком­ позитов, армированных системой трех нитей, могут быть рассчитаны по двум вариантам. В первом последователь­ ность расчета констант двухмерноармированной среды с трансверсально­ изотропной матрицей сводится к рас­ чету контант однонаправленной среды с ортотропной матрицей.При таком подходе происходит последовательное сглаживание неоднородности в струк­ туре материала вследствие модифика­ ции свойства матрицы. Условия сов­ местной работы компонентов трехмер­ но-армированного материала сводятся к условиям деформирования однонап­ равленной структуры с анизотропной матрицей. Во втором варианте расчет­ ная модель материала представляется слоистой средой [9], составленной из ортогонально армированных слоев, уп­ ругие характеристики которых опреде­ ляются с учетом коэффициентов арми­ рования всего материала. Соединение слоев осуществляется по принципу при­ равнивания деформаций в плоскости, параллельной слоям, и равенства на­ пряжений в плоскости, перпендикуляр­ ной к слоям. Оба варианта предусмат­ ривают модификацию свойств матрицы за счет устранения одного из направле­ ний армирования перпендикулярно плоскости слоя.

При вычислении упругих характе­ ристик слоистой модели трехмерноармированного материала применяют­ ся два подхода. При первом исполь­ зуется обобщенный закон Гука для ортотропного слоистого материала в случае трехмерного деформирования. Исходя из условия равенства послоевых деформаций, параллельных пло­ скости слоев (условия Фойгта) и ра­ венства напряжений, перпендикуляр­ ных плоскости слоев (условия Рейсса), вычисляются все упругие постоянные материала. При втором подходе [2] используются зависимости, в которых напряжения о&, перпендикулярные плоскости слоев ij, не учитываются, что следует из условий плоской за­ дачи. Тогда свойства материала в на­

Более сложные зависимости для расчета характеристик дает второй вариант, основанный на рассмотрении трехмерно-армированного материала как слоистой среды.

В случае соединения слоев ‘при плоском напряженном состоянии вы­ ражения для упругих характеристик материала в плоскостях, параллель­ ных слоям, имеют вид

м — ^ L — nU. к).

I, / = 1 , 2 , 3 ; l + t, (9.17)

Здесь верхний индекс указывает на­ правление волокон слоя.

Компоненты матрицы жесткости Qu и Qij при укладке двух слоев, выра­ женные через характеристики жест­ кости каждого слоя, имеют вид

где Q\f* к\ 0^1' — компоненты жест­

кости смежных слоев в направлениях, соответственно параллельном и пер­ пендикулярном направлению волокон. Они вычисляются с учетом свойств исходных компонентов и коэффициента объемного армирования:

ные, следовательно, в трех взаимно оротгональных плоскостях по усло­ виям плоской задачи получается 12 не­ зависимых постоянных; три из них (модули упругости) — дважды. Однако перестановка параметров [ij и [х& в широкой области их изменения при вычислении модуля упругости Ei по формуле (9.16) не приводит к суще­ ственным различиям в его значении.

Выражение (9.16)—(9.23) упрощают­ ся в случае применения высокомо­ дульной арматуры, когда £ а > £с« Пренебрегая членами l/n, v|, б, va

и полагая пг = щ = п из (9.16)—(9.23) для расчета модулей упругости и сдвига трехмерно-арми­ рованного композита, найдем

дению трехмерной волокнистой струк­ туры к одномерной за счет модифика­ ции свойств матрицы. Расчетные зна­ чения модуля упругости в направле­ нии 3 в отличие от модулей упругости в направлениях 1 и 2 в большей сте­ пени зависят от выбора исходной модели. Для слоистой модели значе­ ния модуля Е3 могут существенно различаться, что объясняется различ­ ным выбором плоскости слоя.

Использование для расчета модулей упругости упрощенных зависимостей, полученных при условии Ей » Ес, не вносит заметных погрешностей в их значения. В случае использования высокомодульной арматуры ( E j E с ~ ~ 100) погрешность в расчете модулей упругости по упрощенным формулам не превышает 0,5%. Коэффициенты Пуассона для слоистой модели имеют наибольшие значения в случае объем­ ного напряженного состояния [9]. При этом в поперечных к слоям пло­ скостях коэффициенты Пуассона vM и v81 при малом армировании мате­ риала в третьем направлении могут

ствуют приближенной слоистой модели в случае плоского напряженного со­ стояния, а наибольшее — в случае

соединения слоев при объемном на­ пряженном состоянии.

9.5.2. Механические свойства. С целью установления приемлемости предлагаемых подходов к описанию свойств трехмерно-армированных мате­ риалов и оценки зависимости этих свойств от свойств исходных компонен­ тов И структурных параметров иссле­ дования проведены на девяти различ­ ных типах композитов, которые отли­ чались друг от друга способом созда­ ния Пространственных связей, объем­ ным содержанием, свойствами арми­ рующих волокон и типом полимерной матрицы. Схемы армирования пред­ ставлены на рис. 9.12. Иизготовление Материалов осуществлялось по различным схемам: прошивкой в на­ правлений S пакета слоев ткани (схе­ мы I И II) и плетением каркаса систе­ мой трех нитей (схемы III и IV). Композиты, изготовленные по этим схемам, имеют обозначения, указы­ вающие объемное содержание и вид армирующих волокон. Например, стеклопластик, изготовленный по схе­

ме I о общим объемным содержанием волойОн, равным 59%, условно обо­ значен С-1-59. Структурные параметры исследованных материалов и их услов­ ное обозначение приведены в табл. 9.1. Первое два типа стеклопластиков име-

Толщина пластины, мм

9

8

250

250

250

250

3

100

100

ли разные схемы укладки (шахмат­ ную I, строчную II) волокон в на­ правлении 3.

Все эти материалы имеют линейные диаграммы деформирования при испы­ таниях на растяжение в направлениях укладки арматуры. На рис. 9.13 при­ ведены типичные зависимости о (в) при растяжении материалов, изготовлен­ ных на основе алюмоборосиликатных, кварцевых и кремнеземных волокон. При испытании на трехточечный изгиб образцов из рассматриваемых компо­ зитов изменение прогиба от нагрузки для большинства из них имеет линей­ ную зависимость вплоть до разруше­ ния. Наличие некоторой нелинейности в зависимости о (е) для композитов на основе кремнеземных и кварцевых во­ локон обусловлено относительно не­ большой (до 5,0%) пористостью их матриц.

Упругие постоянные в главных на­ правлениях ортотропии материала. Рас­ смотрены композиты с различными ком­ бинациями коэффициентов объемного армирования по направлениям уклад­ ки волокон, а также с различными упругими свойствами волокон, но с по­ добными структурными схемами арми­

рования и с одинаковым принципом распределения арматуры по направле­ ниям армирования. Это позволяет наи­ более полно оценить влияние струк-

Рис. 0.13. Диаграммы деформирования при растяжении материалов, образованных системой трех нитей:

1 , 2 , 4 — растяжение по оси х; 3, 5 — рас­

турных параметров, содержания ар­ матуры и ее свойств на упругие ха­ рактеристики рассматриваемого клас­ са композитов (табл. 9.13).

Упругие характеристики компози­ тов, изготовленных на основе алюмоборосиликатных волокон с двумя раз­ личными схемами укладки их в на­ правлении 3, имели близкие значения как общего коэффициента армирова­ ния, так и коэффициентов армирова­ ния в направлениях 1 и 2. Коэффи­ циенты армирования в направлении 3 отличались примерно в 2 раза. Раз­ личие в значениях коэффициентов ар­ мирования fig этих композитов суще­ ственным образом отражается на зна­ чениях модулей упругости Ег (см. табл. 9.13). Заметного расхождения в значениях остальных упругих ха­ рактеристик рассматриваемых компо­ зитов не наблюдается.

При одинаковых значениях коэф­ фициентов армирования в трех на­ правлениях упругие свойства мате­ риалов во всех трех ортогональных плоскостях весьма близки. Для всех материалов, как показывает анализ экспериментальных данных, значения

парных коэффициентов Пуассона в трех главных плоскостях армирования хо­ рошо согласуются со значениями мо­ дулей упругости в соотношениях сим­ метрии упругих констант.

Расчет упругих постоянных мате­ риалов осуществлялся по упрощенным зависимостям (9.16)—(9.25), описыва­ ющим верхнюю (I) и нижнюю (II) границы (см. табл. 9.13). Упругие характеристики арматуры и связую­ щего материалов С-1-59 и С-11-63

фициенты Пуассона арматуры и свя­

Модули сдвига исследованных ма­ териалов (см. табл. 9.13) хорошо опи­ сываются упрощенными зависимостя­ ми. Некоторое превышение их экспе­ риментальных значений объясняется искривлением армирующих волокон, которые не учитываются в расчетной

модели. По этой же причине имеет место некоторое превышение расчетных значений модулей упругости материа­ лов, изготовленных на основе кремне­ земных, кварцевых и углеродных воло­ кон. Расчет модулей упругости с уче­ том искривлений волокон дает хоро­ шее совпадение их расчетных и экспе­ риментальных значений (см. табл. 9.13). При близких значениях коэффициентов армирования в трех направлениях лучшее описание моду­ лей упругости дает второй подход, использование которого в случае боль­ ших различий в" коэффициентах арми­ рования порождает существенную по­ грешность для модуля упругости в на­ правлении наименьшего содержания арматуры. Для материалов с малым (X в одном направлении армирования хорошее совпадение расчетных и экс­ периментальных значений £/ наблю­ дается при использовании зависимо­ стей (9.24), (9.25) первого подхода. Расчетные значения коэффициентов Пуассона вычислялись по зависимо­ стям слоистой модели в случае соеди­ нения слоев при объемном напряжен­ ном состоянии [18]. Эти зависимости описывают верхний и средний уровни

блюдается только для коэффициента Пуассона v^.

Совпадение расчетных и эксперимен­ тальных значений упругих постоян­ ных под углом к направлениям арми­ рования (рис. 9.14) вполне удовлетво­

нии. Прочностные характеристики при растяжении в направлении армирова­ ния, как показывает анализ данных табл. 9.14, значительно отличаются от прочностных характеристик при изгибе и сжатии. Особенно это харак-

Рис. 0.14. Расчетные и эксмсримситальмы»-

значения упругих характеристик под углом к главному направлению ортотропии мате­ риала, образованного системой трех нитей:

терно для второго типа материалов, для которого, несмотря на сравни­ тельную близость значений fi (см. табл. 9 . 1 2 ) в направлении х и у, прочностные характеристики при рас-

9.14. Прочностные характеристики (МПа) стеклопластиков, образованных системой трех нитей из алюмоборосиликатных волокон

9.15. Прочностные характеристики (МПа) материалов, образованных системой трех нитей, из кремнеземных, кварцевых и углеродных волокон

Прочности при растяжении и сжа­ тии в направлении у оказываются на

трех нитей от угла вырезки образца по

отношению к главным направлениям ортотропни:

--------------расчетные кривые; • — экспе­ риментальные точки

чия в коэффициентах армирования для этих направлений не превышают 1 0 %. Такое расхождение в значениях ука­ занных прочностей в значительной степени обусловлено структурой арми­ рования [18]. Прочность при сдвиге этих материалов по сравнению с дру­ гими характеристиками (табл. 9.15) достаточно высокая. Данные табл. 9.15 показывают, что при равных коэффи­ циентах армирования в трех направ­ лениях (С-1II-39 кр и УП-Ш-43) зна­ чения прочности в указанных на­ правлениях одинаковы. Характерной особенностью рассматриваемых мате­ риалов является стабильность зна­ чений прочности при изгибе: измене­ ние отношения пролет к высоте об­ разца не вносит существенных изме­ нений в их значения.

Зависимость прочности исследован­ ных материалов от угла вырезки об­ разца по отношению к направлениям армирования показана на рис. 9.15. Здесь же приведены расчетные значе­ ния. Экспериментальные значения прочности, как видно из рис. 9.15, удовлетворительно согласуются с рас­ четными.

ифенолформальдегидной (ФН). Все материалы изготавливались по одной

итой же схеме армирования, в которой распределение волокон по направле­

ниям х и у было одинаковым.

Анализ экспериментальных данных этих материалов (см. табл. 9.16) пока­ зывает, что стеклопластики с матрицей ФН имеют меньшее значение модулей сдвига и модуля упругости в транс­ версальном направлении, чем мате­ риалы с матрицей ЭДТ-10, в то время как объемное содержание арматуры в последних ниже. Снижение характе­ ристик и увеличение разброса их зна­ чений для стеклопластиков с матрицей

9.17. Характеристики стеклопластиков, образованных системой трех нитей

* При наличии искривленных во­ локон направления г среднее значение Ег = 12,5 ГПа.

направления г) содержалось одинако­ вое количество арматуры, а в направ­ лении г — в 1 , 1 1 раза больше, чем

вкаждом из остальных направлений.

Вкачестве арматуры использовались алюмоборосиликатные волокна, а свя­

зующим являлось ЭДТ-10. Стеклопластик первого типа, как

видно из анализа данных табл. 9.17, отличается высокими характеристика­ ми сопротивления сдвигу в плоскостях ху (укладки основной арматуры) и хг. Высокие значения модуля сдвига и прочности при сдвиге в плоскости ху обусловлены укладкой арматуры под

четных и экспериментальных значений их упругих постоянных. Расчет упру­ гих характеристик рассматриваемого типа материалов проводился путем

сведения реальной их структуры к слоистой модели.

При расчете характеристики арма­ туры и связующего приняты равными:

расчетных и экспериментальных дан­ ных модулей упругости достаточно хорошая, а также модуля сдвига в плоскости ху, т. е. в плоскости основ­

типа 1 обусловлены наличием искрив­ ленных волоксн в плоскости хг.

Для модуля сдвига в плоскостях, перпендикулярных плоскости основ­ ного расположения арматуры, как следует из табл. 9.17, имеет место существенная несогласованность ме­ жду расчетными и эксперименталь­ ными (последние выше расчетных) зна­ чениями для обоих типов исследован­ ных материалов. Такое явление обус­ ловлено двумя факторами: наличием технологических дефектов, что осо­ бенно свойственно стеклопластику пер­ вого типа, и влиянием косоугольной укладки арматуры под углом ± 4 5° в плоскости ху на значения этих характевистик. Завышенное значение боль­ шинства упругих хаэактеоистик (вы­ ше расчетного) свидетельствует о вы­ сокой реализации свойств исходных

компонентов в композите (см. табл 9.17).

____ v WVv.iuv«.in свииии трехмер­

но-армированных (ЗД) углерод-угле- родных композитов. О преимуществах и недостатках углерод-углеродных ма­ териалов ЗД по сравнению с обычными традиционными полимерными материа­ лами аналогичной структуры можно судить по данным табл. 9.18. Эти данные получены на пространственноармированных материалах, каркас ко­ торых был создан системой трех вза­ имно ортогональных волокон [1 0 ].

ходных компонентов (арматуры и свя­ зующего) в исследованных материалах можно судить по сопоставлению рас­

полимерной и углеродной матриц, име­ ли равномерное распределение арма­ туры по трем ортогональным направле­ ниям. Расчетные значения модулей упругости и сдвига этих материалов представлены в табл. 9.18. Расчет проводили без учета пористости ма­ трицы. При расчете принято, что упру­ гие характеристики углеродных во­ локон не изменяются с повышением температуры. Совпадение расчетных и экспериментальных значений моду­ лей упругости и сдвига для углепла­ стика на основе полимерной матрицы, как видно из данных табл. 9.18, хо­ рошее.

Для углепластика о углеродной ма­ трицей расчетные значения упругих характеристик плохо согласуются с опытными данными. Расчетное зна­ чение модуля упругости оказывается существенно ниже экспериментально­ го. Для модуля сдвига получается противоположный результат — экспе­ риментальные значения более чем в 2 раза ниже расчетных. Такое явление объясняется тем, что в процессе созда­ ния углеродной матрицы происходит науглероживание волокон, что спо­ собствует повышению их жесткости. Кроме того, жесткость углеродной матрицы оказывается значительно вы­ ше жесткости исходной полимерной матрицы.

Прочностные характеристики угле- род-углеродных материалов также чув­ ствительны к технологическому режи­ му их создания. Замена полимерной матрицы на углеродную в меньшей степени отражается на прочности при сжатии материала и в большей степени влияет на прочность при растяжении и изгибе. Прочность при сдвиге угле- род-углеродных материалов как высо­ котемпературных весьма высока и мало отличается от прочности слоистых ма­ териалов на основе полимерной ма­ трицы.

Рассматриваемые углерод-углерод- ные материалы при нагружении на растяжение в направлении армирова­ ния, так же как и материалы с поли­ мерной матрицей аналогичной струк­ туры, имеют линейную зависимость о(е) до разрушения. Кривые дефор­ мирования этих материалов при сжа­ тии имеют отчетливо выраженный пе-

9.18. Характеристики углепластиков ЗД на основе углеродной и полимерной

матриц

П р и м е ч а н и е . Коэффициент вариации для упругих характеристик составляет 4 —6 %, для прочностных — 9—11%.

релом, свидетельствующий о каче­ ственных изменениях в механизме пе­ редачи усилий. Напряжения, при ко­ торых наблюдается перелом в зави­

на формирование упругих свойств уг- лерод-углеродных материалов можно судить по данным, полученным при исследовании двух видов структур: оотогонально-армированной в трех на­ правлениях н с переменной укладкой по толщине; их структурные параме­ тры приведены в табл. 9.19. Всего исследовано четыре типа материалов (1—4). Причем материал типа 1 имел два варианта (А и Б) одинаковой струк­ туры, различие состояло только в ха­ рактере распределения волокон по направлениям армирования. Материал типа 2 имел ортогональное расположе­ ние волокон по трем направлениям и одинаковое их объемное содержание, но его изготовление проходило без повторной графитизации. Структура армирования материала типа 4 отли­ чалась от первых трех тем, что угол укладки волокон в плоскости ху из­ менялся по толщине, т. е. каждый последующий слой по отношению к

*Пироуглеродная матрица.

9.20.Прочностные (МПа) и упругие характеристики (ГПа) в зависимости от схемы армирования и распределения арматуры

вариации не превышал 1 0 % при опре­ делении прочностных характеристик и 7% при определении упругих.

предыдущему поворачивался на угол 60°. Пакет таких слоев пронизывался перпендикулярно плоскости ху волок­ нами направления я.

Из сравнения характеристик ма­ териалов типа 1 (табл. 9.20) следует, что равномерное распределение воло­ кон по трем ортогональным направле­ ниям является наиболее предпочти­ тельным для формирования свойств углерод-углеродных композитов. Их модули упругости и сдвига значитель­ но выше, чем у материалов с нерав­ номерным распределением. Положи­ тельное влияние на эти характери­ стики оказывает и повторная графитизация (см. табл. 9.20, тип 2 и тип 1Б). Сопоставление расчетных и экспери­ ментальных значений этих материалов [18] свидетельствует о хорошем со­ гласовании расчетных и эксперимен­ тальных значений модулей Сдвига ком­ позитов, изготовленных По обычной технологии методом пропитки камен ноугольным пеком. Для модулей vnnvгости имеет место заметное Превышение