- •Введение
- •Общая характеристика волокнистых композитов
- •1.1.Основные понятия и определения
- •Классификация волокнистых наполнителей и требования, предъявляемые к ним
- •Нетканые волокнистые наполнители
- •1.2.Непрерывные волокна и нити
- •Текстильные формы волокон
- •Строение волокон
- •Структура нитей
- •Скрученность и укрутка нитей
- •Характеристики скрученности и извитости нитей, ворсистость.
- •1.3.Свойства непрерывных волокнистых наполнителей.
- •Структурные характеристики
- •Геометрические свойства волокон и нитей
- •Механические свойства волокон и нитей
- •Полуцикловые характеристики некоторых волокон и нитей при растяжении до разрыва
- •Тепловые свойства
- •Электрические свойства
- •Сорбционные свойства
- •Оптические свойства
- •Стойкость к атмосферным воздействиям и действию химических реагентов
- •1.4.Влияние различных факторов на механические свойства волокон и нитей
- •Влияние природы волокна, их геометрических характеристик и структурных свойств на механические показатели
- •Влияние условий испытаний и нагружения
- •Тканые армирующие наполнители
- •Классификация наполнителей
- •Свойства тканых наполнителей
- •Структурные свойства
- •Виды переплетения
- •Плотность ткани
- •Заполнение, пористость и наполнение ткани
- •Механические свойства
- •Другие виды механических характеристик
- •Методы испытаний на растяжение до разрушения
- •Форма проб и их заправка
- •Физические свойства текстильных полотен Гигроскопические свойства
- •Гигроскопичность тканей после выдерживания в течение
- •48 Ч (по данным и. А. Димитриевой)
- •Проницаемость
- •Тепловые свойства
- •Оптические свойства
- •Электрические свойства
- •Акустические свойства
- •Коэффициенты звукопоглощения некоторых текстильных материалов
- •Отбор проб и выборок полотен и изделий
- •Характеристики промышленных тканей
- •Трикотаж
- •Характеристики основных видов тканых армирующих материалов
- •Принципы выбора волокнистых наполнителей и схем армирования при проектировании изделий из вкм
- •1.5.Выбор ингредиентов вкм
- •Список использованных источников
- •420015, Казань, к. Маркса, 68
Принципы выбора волокнистых наполнителей и схем армирования при проектировании изделий из вкм
Проектирование технологических процессов (ТП) производства изделий невозможно без конструирования ВКМ и непосредственно изделий из него.
При синтезе новых перспективных материалов с заданным комплексом свойств для конкретных условий эксплуатации используют материаловедческий подход. При этом придерживаются следующих принципов и правил:
правильный выбор отдельных компонентов ВКМ с целью определения наиболее подходящих материалов для достижения заданных свойств ВКМ;
производят априорное определение тех специфических свойств компонентов, которые должны проявиться при работе материала;
особое внимание при создании ВКМ обращают на физическую, химическую, механическую и термодинамическую совместимость возможных компонентов;
необходимо, чтобы выбранные компоненты в ВКМ имели строгую геометрию.
Как правило, один компонент ВКМ воспринимает нагрузку и должен обладать высокой прочностью, другой – лишь передает эту нагрузку высокопрочному материалу и может упруго и пластически деформироваться. При этом желательно, чтобы прочная составляющая имела вытянутую форму, тогда как менее прочная составляющая должна окружать ее и связывать отдельные волокна в единую структуру. Чаще всего меньшая прочность матрицы не проявляется, т.к. она компенсируется более высокой прочностью наполнителя, способного выдерживать существенно более высокие нагрузки, чем матрица.
Матрица защищает волокна от воздействия атмосферы или окружающей среды, препятствует их окислению, коррозии, механическим повреждением. Если матрица не защищает, а разъединяет волокна, то волокна потеряют свою прочность, следствием чего будет разрушение КМ.
В результате соблюдения указанных принципов возможно создание ВКМ с заданными свойствами.
Изделие из ВКМ может быть представлено как система деталей определенного функционального назначения. Каждый конструктивный элемент изделия может быть представлен как совокупность двух подсистем:
подсистемы элементарных поверхностей, определяющих конфигурацию изделия;
подсистемы структуры армирующего слоя (слоев), влияющих на механические характеристики изделия.
В общем случае процесс конструирования КМ можно представить следующей схемой (рис. 31).
Рис. 31. Схема процесс конструирования КМ
При конструировании ВКМ необходима тесная взаимосвязь каждого из этапов друг с другом.
По определению композиты состоят из двух групп компонентов (фаз):
наполнитель (или арматура) в виде дискретных частиц или волокон - образует дискретную фазу;
связующее (матрица) - материал, заполняющий пространство между арматурой и образующий сплошную среду (рис. 32).
Рис. 32. Компоненты композиционных материалов:
1 - наполнитель; 2 - связующее; а - дискретные частицы; б - волокна, нити, жгуты; в - ткань; г - листовой материал
Арматура воспринимает основные напряжения, возникающие в композите под воздействием внешних нагрузок, и определяет основные механические характеристики.
Матрица обеспечивает совместную работу дискретных элементов арматуры, объединяя их в монолит, за счет собственной жесткости и адгезии на границе раздела матрица-арматура. Эта фаза в меньшей степени определяет механические свойства, но оказывает решающее влияние на технологические характеристики, например возможность формообразования и технологические режимы.
Следует отметить, что понятие "наполнитель" является общим и объединяет не только дискретные элементы с высокой прочностью и жесткостью. Под это понятие подходят также включения газов в виде малоразмерных пузырьков в объеме матричного материала. Такое условное армирование обеспечивает не прочность, а другие функциональные характеристики, например, высокие звуко- и теплоизоляционные способности. Композиты следует отличать от смесей и растворов. В первом случае материал не является монолитным, во втором - отсутствует граница раздела между компонентами.