4.1 Многослойные (супергибридные) композиционные материалы и конструкции.

Многослойные металл-пластиковые материалы состоят из чередующихся, склеенных между собой тонких металлических листов из сплавов алюминия, титана, стали, МКМ и слоев из ВПКМ (органо-, стекло-, углепластики, межслоевые и внутрислоевые ПВПКМ) на основе термореактивных (эпоксидных, эпоксифенольных) и термопластичных связующих.

Разработка металл-пластиковых многослойных материалов требует решения ряда проблем:

1) Проблема обеспечения высокопрочной адгезионной связи между слоями материала, устойчивой как при переработке материала в изделия и сборке изделий, так и при эксплуатации (перепады температур, влияние жидких сред и др.).

Адгезионная связь между приведенными в контакт металлами и полимерами, ее прочность и устойчивость, являются, по существу, главными факторами, определяющими работоспособность металло-пластиковой системы.

Природа адгезионной связи может быть механической (микрозаклинивание одного материала в порах, трещинах и прочих дефектах поверхности другого) или молекулярной (физико-химическое взаимодействие атомов металла с молекулами полимера).

Эффективным методом регулирования адгезии может быть поверхностное модифицирование металлов (такой прием позволяет изменить адгезионные свойства материала при сохранении объемных).

Прочная связь между клеевым слоем и склеиваемыми материалами образуется, когда поверхностная энергия материала, обеспечивающего адгезионный контакт (клей, связующее в препреге) меньше критической энергии поверхности металла соответствующего слоя.

Подготовка металла к формированию металлополимерной системы заключается, как правило, в модифицировании его поверхности. Поверхностным модифицированием можно считать любую обработку металлической поверхности, изменяющую ее структурные, механические, физические, химические и другие свойства. При этом можно говорить о всех известных методах механической и термической обработки металлов, о химической, электрохимической, электролитической обработках и ионной бомбардировке, о модифицировании металлической поверхности молекулярными слоями органических веществ, о плакировании тонкими пленками других металлов методами термовакуумного испарения и т.д. Специальная обработка поверхности металлических слоев повышает коррозионную стойкость, в том числе, электрохимическую;

2) Проблема сохранения адгезионного контакта между слоями из разнородных материалов с различными значениями коэффициентов термического расширения (сжатия), деформационными свойствами (различные значения модулей упругости, деформаций при нагружении, коэффициентов Пуассона), возможность появления напряженного состояния, расслоений. В полимерных слоях необходимо использовать связующие с высокой трещиностойкостью и материалы с согласованными упругопрочностными свойствами компонентов (отсюда, целесообразность использования термопластичных ВПКМ на основе полиариленов), обеспечивающих механизмы перераспределения напряжений;

3. Эффективность комбинирования материалов в многослойных оболочках требует применения слоев с близкими значениями параметра X (чем меньше X материала, тем эффективнее работает оболочка при нагружении).

Параметр X = (ρ/Е)(1-μ)10⁴ где ρ, Е, μ - плотность, модуль упругости, коэффициент Пуассона для различных материалов составляет (в км^-1) для однонаправленных эпоксидных ВПКМ ( V_В = 50 % об.) соответственно 5,95; 1,38; 4,23;1,17 для стекло -, боро -, органо -, углеволокнитов; 4,8 - 6,5 - для термопластов; 0,9 - 1,3 -для эластомеров (резин): около 2,54 - для сплавов алюминия; около 2,9 - для сплавов титана;

3. Проблема переработки. Основным методом переработки листовых многослойных МПКМ в изделия является штамповка.

Способность МПКМ к штамповке обеспечивается:

а) оптимально выбранной текстурой наполнителя в пластике (относительное удлинение нетканых текстур типа войлок - 7,5 %, тканей - 5%, однонаправленных лент из Kevlar, СВМ - 1,5 %, волокон с Е⁺ = 130 ГПа - 2,4%, с Е⁺ = 75 ГПа - 4,2 %);

б) деформационными свойствами связующих в полимерных слоях МПКМ и деформационными свойствами металлов в металлических слоях МПКМ. Применение термореактивных (эпоксидных, эпоксифенольных) связующих в органо- и стеклопластиках накладывает ограничения на переработку металл-полимерных супергибридов с полимерными слоями такого состава в оболочки сложной формы штамповкой:

Тип связующего	Адгезионная прочность в системе металл-связующее, МПа	α • 10-6; оC-1	ε+, %
Термореактивные связующие
Фенолформальдегидное	21	75	0,4 -0,5
Эпоксифенольное	36,5	53,2	2-9
Полиэфирное	7,9	83,4	1,0-5,0
Кремнийорганическое	29	87,2	0,3-0,5
Термопластичные связующие
Поливинилхлорид	6,6	80	10-15
Сэвилен1	9,8	80	80
Полиамид ПА 6	7,6	80	60

'иономер - сополимер этилена с винилацетатом

При использовании термопластичных матриц в полимерных слоях супергибридов необходимо повышать адгезионную прочность в системе термопласт-металл (она в 3 - 5 раз ниже, чем в системе реактопласт-металл) и оптимизировать показатели KЛTP (высокие значения α термопластов);

Рис. 47 Трехслойные конструкции различной формы с заполнителями: 1 - гофрированными (рифленые заполнители из пленок, металлической или керамической фольги, листовых материалов из ПМ, ВПКМ); 2 - вафельными; 3 - из термопластичных и термореактивных пено- и поропластов (эластов), в том числе наполненные дискретными наполнителями (порошки, волокна, микросферы и их смеси); 4 - сотовыми (металлическими, стекло- и углепластиковыми, ПСП); 5 - из сетчатых структур («тетра» - заполнители); 6 - трубчатыми (в том числе из ВПКМ, получаемыми намоткой, пултрузией); 7 - криволинейными.

в) переработка металло-полимерных многослойных материалов штамповкой предполагает использование в металлических слоях пластичных металлов с высокими деформационными свойствами, обеспечивающими значительные степени вытяжки и меньший уровень остаточных напряжений:

Тип сплава	Предел текучести, σт, часть от σ+	Показатель деформационного упрочнения, n	Изменение временного сопротивления σ+, МПа	ε+, %
08Ю	0,6	0,21-0,25	400 - 550	30-34
08ПС10КП	0,5	0,15-0,18	400 - 500	25-30
Д16	0,2 - 0,3	0,5-0,7	250 - 300	30-40

Работоспособность многослойных супергибридных материалов обеспечивается типом их компонентов: связующих, клеев, волокон (и текстильных форм из них), металлических листов.

В качестве металлических слоев используют листы (фольгу) толщиной 0,3 - 4 мм, шириной 500 – 2300 мм, длиной 1000 – 6000 мм из алюминиевых сплавов Д16-АТ, АК-4-1, 1163Т, В95пчТ2, 01420т1, из тонколистового проката холоднокатонной малоуглеродистой стали 08-Ю для холодной штамповке (по сравнению с горячекатаной имеет меньшую шереховатость поверхности и разнотолщинность), из титановых сплавов ОТ-4, ВТ-20 (Ti- 6A1-4V), из фольги металлического композиционного материала А1/В (Россия); алюминиевых сплавов 2090-Т83, 7150, 2324, 2024ТЗ, 7075-Т61, 7475-Т761, 2024-Т8 (фирма Alcoa, США).

Использование тонких металлических листов в качестве своеобразного двухмерного наполнителя в КМ обуславливает повышение ' вязкости разрушения и усиление сопротивления росту поперечных трещин в многослойных оболочках. Как известно, вязкость разрушения К_с монолитных листовых материалов зависит от толщины листа, увеличиваясь с ее уменьшением. Как правило, этот эффект объясняют изменением характера напряженного состояния в вершине растущей трещины с плоскодеформированного на плосконапряженное. В результате структура, состоящая из металлических тонких листов, объединенных с помощью полимерных адгезизов в единую многослойную панель, имеет более высокие показатели сопротивления хрупкому разрушению, чем монолитные металлические листы или плиты, толщина которых равна толщине многослойной панели.

Трещины в металл-полимерных супергибридных материалах типа А1-органопластик, Ti-органопластик, А1, Ti-стеклопластик, возникающие при ударных нагрузках, в условиях сложнонагруженного состояния, действия длительных статических, знакопеременных, термоциклических нагрузок, благодаря близости параметров X, при оптимальном контакте металл-полимерный материал, не являются критическими, их рост прекращается после деформирования, а оболочки из многослойных материалов сохраняют несущую способность при дальнейшем нагружении. Наибольшее развитие получили многослойные материалы типа металл-органопластик (Алоры), металл-стеклопластик (Сиалы).

Алюминий-органопластиковые многослойные МПКМ – листовые материалы Алор’ы (аббревиатура от названия компонентов «АЛюминий ОРганопластик», ФГУП «ВИАМ», Россия), Arall’ы (c 1981 г - Delft University of Technology, Нидерланды, с 1988 - торговая марка фирмы Alcoa, Aluminum Company of America) состоят из тонких листов высокопрочных алюминиевых сплавов, чередующихся со слоями эпоксидных органопластиков, в качестве наполнителей в которых использованы высокомодульные волокна из ароматических полиамидов СВМ, Kevlar.

Слои из органопластиков в Алорах и Arall’ах выполняют следующие основные функции:

12. Обеспечивают соединение листов металла и перераспределение напряжений между ними под влиянием касательных напряжений, действующих вдоль границы раздела металл- органопластик;

13. Тормозят развитие трещин, возникающих в металлических слоях благодаря реализации процесса накопления повреждений и создания менее напряженного состояния металла;

14. Выполняют защитные функции как материалы, хорошо воспринимающие механический удар, абразивные и другие воздействия окружающей среды.

В Arall’ах в качестве металлических слоев используют сплавы с высокими значениями предела текучести (например, сплав 7075 Т6). Низкая усталостная прочность легкодеформируемых сплавов компенсируется высокими усталостными характеристиками органопластиков при условии роста усталостных трещин перпендикулярно направлению волокон. Тонкие металлические листы (толщина < 0,5мм) обеспечивают высокие соотношения «органопластик-алюминий» в многослойном материале, что сдерживает раскрытие трещин. Для материала Arall на основе сплава 7075-Т6 оптимальная толщина листа 0,3 мм (так называемый «стандартизированный» Arall).

Фирмой Alcoa серийно производятся несколько типов Arall:

1. Arall из слоев неплакированного алюминия (щелочная очистка, хромовосернокислотное травление, хромовокислотное анодирование, покрытие эпоксифенольным грунтом BR 127 с ингибитором коррозии) 2024-Т8 (у 7075-Т6 выше предел текучести), толщина <0,5мм, нет коррозии по клеевым швам (коррозия при использовании плакированного алюминия) и слоев из кевларопластика (наполнитель-ткань^_Кеvlаr-143,40 % об.,90 % волокон по основе, 10 % по утку; связующее - пленочный клей BSL-312;условия отверждения:120°С 30мин.;6-10⁵ Па ­или органопластика на основе препрега ARENKA (эпоксидное связующее AF 163-2; условия отверждения: 120°С 60 мин, 6-10⁵ Па; повышение σ^- за счет предварительного растяжения ткани из Kevlar по основе);

2. Arall-1 ( схемы 3/2 , 4/3 и др.) на основе эпоксиднокевларовых препрегов ( связующее AF-163-2, Т_отв 120 С и однонаправленные волокна Kevlar 49,1:1) c растяжением повышающим σ^- поверхностных слоев и сплава 7075-76( в Arall 1, 3/2 3 слоя толщиной 0,3 мм); плотность на 15% ниже плотности Al, σ⁺_n σ⁺_т на 50% выше, чем у Al 2024Т3;

3. Arall- 2, тоже + сплав 2024-Т3;

4. Arall- 3, тоже +сплав 7475-Т76 (табл. 133);

5. Arall- 4, слой из препрега толщиной 0,2 мм, Тотв 175^оС и слой из сплава 2024-Т8 толщиной 0,3мм.

Рабочие температуры Arall-1,2,3- 90^оC , Arall-4 -160^оC

В Arall- 1, 3 используют однонаправленные предварительно растянутые на 0,4% препреги, склеевают слои клеями AF163-2U и AF191M фирмы 3М( США).

Степень предварительного деформирования материала после отверждения эпоксидного кевларопластика (предварительно напряженный ARALL) определяет характер и величину остаточных напряжений в нем, что оказывает существенное влияние на усталостные характеристики и σ^-.

Экономия массы при замене алюминия 7475-Т61,2024-ТЗ,7475-Т761,2024-Т8 на ARALL 1-4 до 30 %;

Таблица 133. Сравнительные свойства ARALL-3, сплава 7475-T76 и эпоксидных углепластиков.

Свойства	Направление испытаний*	ARALL структура 3/2, толщина 1,3мм	Сплав 7475-Т76, толщина 1,6мм	Эпоксидный углепластик F-180 (60% волокон AS-4)
				однонаправленный	42% - 0°; 50% ± 45°, 8% - 90°
σ+ ,МПа	1	828	545	1241	655
	2	373	552	55	276
σ+т, МПа	1	587	476	-	-
	2	317	476	-	-
Е +,ГПа	1	68	69	145	76
	2	51	69	12	35
ε+,%	1	1	12	-	-
	2	-	12	-	-
Общая деформация при разрушении, %	1	2,2	13	0,9	0,5
	2	-	13	0,5	0,5

1-продольное, 2-продольно-поперечное

Разработаны Arall’ы c полимерными слоями из термопластичных кевлароволокнитов; модификации с металлическими слоями переменной толщины (в сечении - клиновидной формы), чередующихся со слоями термопластичных ВПКМ, что позволяет варьировать несущую способность оболочек (например, панелей крыла самолёта). В Алорах в качестве металлических слоев используют листы алюминевых сплавов В95пчТ2, Д16чАТ, 01420Т1 и эпоксидных Органитов с наполнителями в виде равнопрочных тканей из волокон СВМ, тканей сатинового и полотняного переплетения, однонаправленных лент из нитей СВМ (препреги, дублированные пленочными связующими типа ВК-41). АЛОРЫ изготавливают методами прямого прессования или автоклавного формования по технологическим режимам, принятым для используемых в AJIOPAX органопластиков. Механические свойства AJIOPOB зависят от состава и структуры материала и определяются механическими свойствами исходных слоев, их толщиной, соотношением объемов металла и органопластика, состоянием границы раздела и внешних поверхностей пакета и другими параметрами. Меняя эти параметры, можно широко варьировать механические свойства AЛОPОB в соответствии с условиями эксплуатации конструкции. Сочетание металлических и органопластиковых слоев в AЛОPAX придает им повышенную прочность (σ_вн до 560МПа) и жесткость (Е_вн до 67ГПа), низкую плотность (до 2,2 г/см³),удельную прочность (до 22 км), по сравнению с алюминием, высокую устойчивость к действию знакопеременных нагрузок (малоцикловая усталость до 10⁶ циклов), высокую трещиностойкость (скорость роста усталостных трещин до 0,1 мм на килоцикл), способность пластически деформироваться. Прочность при сжатии, сдвиге и смятии материалов ARALL на 25-40% выше, чем у сплавов алюминия, что позволяет снизить массу изделий из металло-органопластиков на 15-30% ( табл. 134).

Способность к штамповке обеспечивается типом текстуры наполнителя в пластиковом слое и деформационными свойствами металлов в металлических слоях.

Таблица 134. Сравнительные свойства Алоров и алюминиевого сплава Д16чАТ.

Свойства	АЛОРД16/41 (ортотропный)	AЛОP Д16/41-Н (однонаправленный)	Алюминиевый сплав Д16чAT
ρ, г/см3	2,4	2,2-2,4	2,78
σ +, МПа	430-450	700 ρ -1000	415
σ0,2, МПа	350	500	275
ε+,%	3,5	3,0	20
Е + ,МПа	62000	65000-70000	68000
MЦУ, N1)	105	200 (при σmax=280МПа)	80
СРТУ2)	<0,4	<0,1	5

Примечания:

1) МЦУ - малоцикловая усталость при σ_max= 160МПа;

N - количество килоциклов;

2) СРТУ - скорость роста усталостных трещин при К_с=3,1МПа • М^0,5

Применение тонких металлических листов и арамидных волокон в качестве наполнителя полимерной фазы в слоистой панели, позволяет существенно повысить значения усталостных свойств и трещиностойкость материала при одновременном снижении массы. Наличие слоев органопластика обеспечивает повышение усталостной прочности, а наличие металлических листов увеличивает прочность при сжатии - основной недостаток органопластиков. При усталостном нагружении положительное влияние слоев органопластиков проявляется в том, что они изменяют кинетику процесса разрушения металлических слоев, замедляя распространение трещин.

Чередование монослоев в Алорах позволяют повысить прочность многослойного металл - органопластика с одновременным повышением вязкости разрушения, стойкости к локальным повреждениям, усталостным трещинам, поверхностным дефектам и другим концентраторам напряжений. Органопластик (и другие ВПКМ) перераспределяет напряжения между компонентами за счет релаксационного выравнивания напряжений. На высоких стадиях деформирования металлопластика все возрастающую роль начинает играть безопасное (до определенного предела) накопление напряжений в монослоях ВПКМ, сопровождаемое появлением остаточной необратимой деформации. При образовании в слоях металла начальной трещины органопластик разгружает металлические слои и снимает интенсивность напряжений в зоне трещин, останавливает их рост благодаря высоким значениям длительной прочности, вязкости разрушения, низкой скорости роста усталостной трещины (увеличение длительности распространения усталостных трещин). Скорость роста усталостных трещин при пульсирующем растяжении в Алоре более чем на порядок ниже,

чем у алюминиевых сплавов, при этом при увеличении длины трещины возможно уменьшение скорости роста и прекращение ее распространения в материале (способность к «затуханию» роста трещин, размер которых ограничивается длиной в 2-3 мм.). Материал эффективен даже по отношению к очень большим трещинам (несколько мм), однако в случае однослойной ориентации, волокна должны быть расположены в направлении действия максимальных напряжений. Скорость распространения усталостных трещин в многослойных Алорах с металлическими слоями из сплава Д16чАТ в 5-10 раз меньше, чем у алюминиевого сплава .

При функционировании конструкционных металло-органопластиковых многослойных материалов возможно межслоевое их разрушение, которое инициируется ростом трещин в пластиковых слоях. Упрочнение многослойных материалов по сравнению с прочностью несвязанных между собой индивидуальных слоев в существенной мере определяется клеем (связующем в органопластике). Если за счет согласованного деформирования исключается хрупкое разрушение, то прочность многослойного материала увеличивается. Металлический и пластиковый слои претерпевают при нагрузке удлинения, которые могут достигать предельного уровня для внешних слоев. Для сохранения несущей способности необходимо, чтобы деформация металлических слоев была бы больше деформации пластиковых слоев. На показатели межслойной при внецентренном растяжении трещиностойкости материалов Алор (оценка параметрами ЛУМР, энергетический критерий G_c - интенсивность высвобождения упругой энергии) влияет скорость нагружения, температура, толщина панели с межслоевым дефектом, количество слоев органопластика (табл.135).

Таблица 135. Влияние скорости нагружения на энергию межслоевого разрушения G_Ic АЛОРОВ различных типов.

Типы материалов	GIc, кДж/ м2 при скорости нагружения, мм/мин
	0,02	0,2	2,0	20	200
АЛОР, один слой арамидной ленты	2,37	2,23	1,96	1,82	1,07
АЛОР, два слоя арамидной ленты	1,78	1,41	1,12	0,81	0,96
АЛОР, три слоя арамидной ленты	1,54	1,37	1,00	0,73	0,10
Углепластик, связующее ПЭЭК	1,83	1,50	1,00	0,60	0,35
Эпоксидный углепластик (для сравнения)	0,23	0,18	0,10	0,07	0,04

Уменьшение толщины полимерных слоев в Алорах приводит к понижению их трещиностойкости вследствие "стеснения" зон локальных неупругих деформаций и изменения напряженного состояния в вершине трещины с растяжения на комбинированные (сдвиг с растяжением).

Увеличение количества слоев органопластика в АЛОРАХ приводит к увеличению межслоевой трещиностойкости, а с ростом объемного содержания волокон СВМ в Органитах полимерных слоев G_1c уменьшается. Алоры малочувствительны (по показателям G_1с, G_2c, K_lc) к высоким скоростям деформирования, что определяет их эффективность в динамических условиях нагружения (с ростом скорости деформирования размер зоны повреждения уменьшается, межслойная трещиностойкость определяется главным образом процессами, проходящими на границе арамидное волокно - полимерная матрица).

Особо значимым фактором для показателей G_1c, G_2c Алоров являются остаточные напряжения, возникающие из-за различия KJITP в осевом и трансверсальном направлениях арамидных волокон и алюминиевых сплавов.

Межслоевую трещиностойкость Алоров повышают, уменьшая уровень напряжений в межфазной зоне:

1) Предварительным (до отверждения связующего в органопластике) деформированием арамидных волокон до уровня, соответствующего термическим напряжениям, вызванным отрицательными значениями KЛTP арамидных волокон в осевом направлении (например, растянутые на 0,4 % препреги в ARALL-1,3)

2) Растяжением многослойных панелей до уровня напряжений в слоях из алюминия, превышающих предел текучести (степень пластического деформирования должна соответствовать уровню остаточных напряжений в органопластиковом слое)

Предел выносливости σ_-1 Алора Д16/41 (при определении усталостных свойств при колебаниях образцов 150х50х1,5 мм по первой пластинчатой форме) не зависит от направления проката металлического слоя и составляет 171МПа (на базе N=10⁷ циклов, при относительной деформации ε_-1*=225•l0^-5). Динамический модуль упругости Е_д=76ГПа. Логарифмический декремент затухания колебаний θ зависит от ε_-1* и после N=10⁷ циклов составляет 1,4-1,8% (при ε_-1* =33x10^-5 - 65•10^-5, σ_-1=25-50 МПа), 3,0-3,3% (при ε_-1* =255•10^-5, σ_-1 =171 МПа).

Сочетание высокой усталостной прочности с высокой демпфирующей способностью обуславливает акустическую выносливость слоистых металло-пластиковых материалов Алор, которая на порядок выше, чем у сплавов алюминия. При чисто акустическом нагружении с уровнем звуковых нагрузок 156 дБ ресурс изделий из Алора Д16/41 в 4 раза выше, чем у изделий из сплава Д16чАТ. Ресурс изделий с обшивками из Алор Д16/41 при виброакустических воздействиях в 3 раза больше при нагружении, сочетающем повторностатические и виброакустические нагрузки в 27 раз выше, чем у изделий из Д16чAT. Алоры снижают шум на 25-30 дБ при частоте октавных полос 4000-8000 Гц.

Присутствие термопластичной матрицы в составе пластикового слоя многослойного металлопластикового материала в сочетании с деформируемыми металлическими листами позволяет изготавливать элементы конструкций методами холодной штамповки. Использование в полимерных слоях МПКМ термоустойчивых матриц и волокон позволяет использовать в качестве металлических слоев фольгу из сплавов титана и стали.

Вставка страница 339

Листовые МПКМ с высокими электроизоляционными свойствами органопластиков не обладают электропроводностью в направлении, перпендикулярном плоскости листа, что не позволяет применить электроконтактную сварку деталей из МПКМ даже при наличии хорошее сварености металлических внешних слоев.

Электропроводность им придают введением (до 5-10% об.) в полимерные слои электропроводящих порошков, металлических дисперсных волокон, металлизированных волокон.

Алюминий-стеклопластиковые многослойные МПКМ-листовые материалы СИАЛ’ы (аббревиатура от названия компонентов «Стеклопластик И Алюминий», ФГУП «ВИАМ», Россия), GLARE, GLass Aluminium Reinforced, фирма AKZO, США) состоят из чередующихся тонких листов конструкционных алюминиевых сплавов и внутренних слоев клеевых препрегов на основе полимерных связующих и различных текстур из стеклянных волокон типа ВМ, ВМП, S-2.

В СИАЛ’ах 1Н, 2, 3, 4 число, толщина, соотношение слоев, строение слоев стеклопластиков (однонаправленные в СИАЛ-1Н, перекрестные 70/30 в СИАЛ-2, перекрестное 50/50 в СИАЛ-3,4, в СИАЛ-4 волокна ВМП, в других – алюмоборосиликатные) и состояние поверхности алюминиевых листов (в СИАЛ-1Н из сплава В95пчТ2, в остальных – Д16чТ) определяют их свойства (табл. 136).

Таблица 136. Сравнительные свойства СИАЛ'ов и алюминиевых сплавов (листы) при статическом и усталостном нагружении.

Характеристики	СИАЛ	1163-AT2	В95о.ч. - Т22
Структура	2/1; 3/2	1	1
Толщина, мм: Общая 1163(Д16ч); В95о.ч.	0,8-2,5 0,3-0,5	1,5	1,5
ρ , г/смз	2,4-2,5	2,78	2,78
σ+, МПа	600-1200	450	520
Е+, ГПа	55-65	71,5	72
СРТУ(1) d/2l/dN, мкм/цикл (при ∆К=31МПа•м0,5)	<0,1-0,3	3,8	6,0
Кс, МПа•м0,5 (панель 500x1500 мм; 2/1)	124-170	93-102	90-100
МЦУ(1): N, цикл (σmах=156МПа; Кt=2,6; f=3Гц)	200-1000	100-150	50-90

Примечания:

1. СРТУ, МЦУ см. табл. 134;

2. Алюминиевые сплавы.

СИАЛ'ы превосходят традиционные алюминиевые сплавы по прочности и модулю упругости при растяжении при статическом нагружении, имеют более высокие усталостные характеристики (СРТУ, МЦУ), высокую трещиностойкость. Зарождающаяся в алюминиевых листах СИАЛа трещина растет очень медленно и может остановиться при длине несколько миллиметров (1-5 мм). Сильное замедление или прекращение разрушения объясняется тем, что позади вершины движущейся трещины в тонких алюминиевых листах в полимерном слое армирующие волокна остаются целыми и сдерживают раскрытие трещины, снимают часть нагрузки с листов. Определенным барьером для продвижения трещин служит связующее с высокими значениями трещиностойкости. По сравнению с АЛОРами, СИАЛы имеют более высокие значения прочности при статическом растяжении, особенно, при сжатии и смятии, отличаются меньшим водопоглощением и меньшей стоимостью армирующих компонентов. Модифицированный GLARE (слои термопластичного стеклопластика (матрица - теплостойкий термопласт, наполнитель - стеклянные волокна R, из стекла S2 фирмы OWENS Corning)) имеют по сравнению с ARALL более высокие стойкости к надрезу, удару и теплостойкости (по сравнению с эпоксидными GLARE).

Длительные выдержки (до 1,5 лет) в агрессивных средах, имитирующих тропические и морские условия, показали хорошую устойчивость СИАЛ'ов к воздействию влаги. Сравнительный анализ сорбционных характеристик АЛОРА и СИАЛ'ов подтвердил лучшую устойчивость СИАЛ'ов во влажной среде.

Эффективность Алоров и Сиалов стимулировала расширение ассортимента МПКМ. Разработаны:

1) Межслоевой алюминий-стеклоборопластик, СБТ, ЦНИИСМ содержит слой из элоксидного стеклотекстолита ( стеклянная кордная ткань Т-25 -ВМ, связующее ЭП5122) и слой из полуфабриката ( фольга МКМ Аl/В). Слои склеивают при 150°С, 1-3 МПа в течении часа;

2) Межслоевой алюминий-стеклоборопластик (ЦНИИСМ) содержит слои:

а) стекловолокнит (стеклянные нити ВМПС6-7,2x4x2-7,8, связующее ЭХД-МК, 40-50% об);

б) стеклобороволокнит (боростеклянный ровинг КБСР, связующее ЭХД-МК, 40-50% об);

в) фольга из МКМ Аl/В (полуфабрикат).

Материал используется для формирования изделий намоткой (натяжение 15 кгс/ нить) с последующей термооброботкой при 80^оС в течение 3-х часов, 100^оС-2,5 часов, 140^оС - 3-х часов, 160°С - 3-х часов.

3) Межслоевой боралюминийуглепластик УБП (ФГУП «ВИАМ») содержит слои:

а) Элоксидный углеволокнит (углеродная лента ЭЛУР, связующее ЭНФБ, слопрег 4Э-02);

б) фольга из МКМ А1/В (полуфабрикат);

в) клей ЭП-5122.

Слои склеивают при 150°С и 1МПа в течении часа.

4) Аналоги ARALL'ов, в которых слои органопластика заменены на слои из углепластиков разработаны фирмой Alcoa, США.

Замена металлических конструкций на конструкции со слоями усиливающих и вибродемпфирующих ВПКМ (например, углепластиков, подкрепленные ВПКМ конструкции) повышает упругопрочностные свойства, декремент затухания колебаний, дает возможность отстройки от резонанса, снижает вибрационную усталость, повышает ресурс работы.

Вставка со страницы 340а

В секциях фюзеляжа самолета ТУ-204 используют оболочки толщиной 1,8 мм из СИАЛ 3-3/2 (три слоя Д16чАТ – 0,5 мм, два слоя стекловолокнита из двух слоев толщиной 0,25 мм, препрега структуры [0,90] из однонаправленного полотна Т60 с клеем ВК-51).

Начало усталостного разрушения (снижение резонансной частоты на 3 %) при напряжении 100 МПа фиксируется для Алор-2/1 после 640 000 циклов, для Сиал 3-3/2 – после 525 000 циклов, для Д16чАТ – после 410 500 циклов. Большая выносливость СИАЛ и Алор (в качестве стопперов трещин) подтверждена при летной эксплуатации АН-124-100.