2.5 Производство деталей из полимерных композиционных материалов

Конструктивно-технологическая характеристика деталей из полимерных композиционных материалов.

1) Назначение деталей. В настоящее время детали из полимерных композиционных материалов (ПКМ) применяются:

• вместо металлических деталей практически всех основных классов; замена металла на ПКМ позволяет существенно снизить массу конструкции планера при значительном повышении ее жесткости;

• в качестве усиливающих накладок, повышающих жесткость и прочность металлических конструкций;

• в конструкциях специального назначения (например, абляционного теплозащитного покрытия, радиопрозрачных обтекателях и др.).

2) Характеристика исходных полуфабрикатов.

2.1) Марка материала. ПКМ представляют собой комбинацию двух (иногда трех и более) принципиально разных по свойствам материалов: полимерной матрицы (связующего) и армирующего наполнителя.

В качестве матрицы (связующего) применяются различные полимеры:

• реактопласты:

• на основе фенолформальдегидных смол

• на основе эпоксидных смол (ЭД-20, ЭДТ);

• на основе эпоксифенольных смол (ЭТФ)

• на основе эпоксианилинформальдегидных смол (5-211)

• на основе кремнийорганических смол (СТК, СК-9);

• на основе непредельных полиэфирных смол (полиэфирмалеиаты, полиэфиракрилаты);

• на основе полиимидных смол (СП-97);

• термопласты:

• полиамиды (капрон, найлон);

• поликарбонаты;

• полисульфоны.

В качестве армирующующего наполнителя используют волокнистые материалы:

• на основе стеклянных волокон;

• на основе углеродных волокон;

• на основе борных волокон;

• на основе органических волокон из:

• полиамидов (капрон);

• полиэтилентерфталатов (нейлон, лавсан);

• полиакрилонитрилов (ПАН);

• полиамидов (СВМ, кевлар);

• полиаримидов (терлон).

Особенностью композиционных материалов является то, что они приобретают необходимые свойства только при смешивании матрицы с армирующим наполнителем и после последующего отверждении полимера, т. е. практически одновременно с формообразованием детали.

2.2) Вид полуфабриката. Реактопласты поставляются на авиационные заводы в виде смол и различных добавок (преимущественно в жидком или вязкопластическом состоянии), термопласты - в виде гранул.

Армирующий наполнитель выпускается в виде:

• нитевидных кристаллов (так называемых «усов»);

• коротких рубленых неориентированных волокон;

• коротких ориентированных волокон;

• ровницы – нитей, сложенных в несколько раз и нарезанных на сравнительные длинные пряди;

• непрерывной одиночной нити;

• жгута значительной длины;

• однонаправленной ленты;

• однонаправленной ткани;

• тканой ленты или полотна с гарнитурным, сатиновым или саржевым переплетением нитей;

• бумаги из синтетических волокон.

Комбинация полимера и армирующего наполнителя определяет свойства получающегося материала. Некоторые материалы приведены в таблице 2.22.

Таблица 2.22 – Некоторые марки полимерных композиционных

материалов

Наименование ПКМ	Основной материал матрицы	Материал наполнителя	Вид полуфабриката наполнителя
КМУ-1л	Эпоксифенольная смола	Углеродное волокно	Лента
КМУ-2у	Полиимидная смола	Углеродное волокно	Жгут
КМУ-3л	Эпоксианилинформальдегидная смола	Углеродное волокно	Лента
КМУ-4	Смола ЭНФБ	Углеродное волокно	Жгут
КМБ-1	Эпоксифенольная смола	Борное волокно	Нить
КМБ-2к	Полиимидная смола	Боростекловолокно	Нить
КМБ-3м	Эпоксианилинформальдегидная смола	Борное волокно	Нить
ППН	Эпоксифенолформальдегидная смола	Стеклянное волокно	Ткань ВПМ
СВАМ	Эпоксиднополиамидная смола	Стеклянное волокно	Ткань

2.3) Геометрия полуфабриката. В конструкциях деталей самолетов чаще всего применяется нить, состоящая из нескольких сотен очень тонких волокон (до 300 волокон диаметром 0,01 мм), жгут, состоящий из 20…30 нитей, лента шириной 70…300 мм, тканое полотно шириной до 1000 мм.

2.3) Физико-механические свойства полуфабриката в состоянии поставки. Армирующие материалы обладают высокой прочностью, жесткостью и твердостью. Так, борная нить имеет предел прочности до 3300 МПа. Твердость волокон сопоставима с твердостью стекла. Относительное удлинение углеродного и борного волокна не превышает 0,5%.

2.4) Технологические характеристики (обрабатываемость) полуфабриката во многом зависят от марки материалов и состояния поставки. Наибольшие трудности возникают при обработке нитей, лент или тканей, из высокопрочных и высокомодульных волокон (угольных или борных), которые обладают высокой твердостью, очень плохой обрабатываемостью резанием, практически не поддаются пластическому деформированию, не свариваются, термически не обрабатываются. Полимерные смолы представляют собой вязкопластический материал, который хорошо обрабатываются формованием и литьем. Хорошей пластичностью и обрабатываемостью обладают органопластики

2.5) Состояние поверхности полуфабриката. Волокна не должны содержать на поверхности загрязнений, следов масла и жира.