Файл: лекции СОВ МАТ И ТЕХ.docx

Органопластики широко применяют: в авиа- и космич. технике, авто- и судостроении, машиностроении для изготовления элементов конструкций, пулезащитной брони, радиопрозрачного материала; в электро-, радио- и электронной технике-для обмотки роторов электродвигателей, произ-ва электронных плат с регулируемой жесткостью и высокой стабильностью размеров; для пр-ва трубопроводов, емкостей; для спортивного инвентаря и в др. отраслях промышленности.

6.4 Углепластики

Углепластики — полимерные композиционные материалы из переплетённых нитей углеродного волокна, расположенных в матрице из полимерных (например, эпоксидных) смол. Плотность — от 1450 кг/м³ до 2000 кг/м³.

Материалы отличаются высокой прочностью, жёсткостью и малой массой, часто прочнее стали, но гораздо легче (по удельным характеристикам превосходит высокопрочную сталь, например 25ХГСА).

Вследствие дороговизны (при экономии средств и отсутствии необходимости получения максимальных характеристик) этот материал обычно применяют в качестве усиливающих дополнений в основном материале конструкции.

Основная составляющая часть углепластика — это нити углерода. Такие нити очень тонкие (примерно 0,005-0,010 мм в диаметре), сломать их очень просто, а вот порвать достаточно трудно. Из этих нитей сплетаются ткани.

Для придания ещё большей прочности ткани из нитей углерода кладут слоями, каждый раз меняя угол направления плетения. Слои скрепляются с помощью эпоксидных смол.

Нити углерода обычно получают термической обработкой химических или природных органических волокон, при которой в материале волокна остаются главным образом атомы углерода. Термическая обработка состоит из нескольких этапов:

Первый из них представляет собой окисление исходного (полиакрилонитрильного, вискозного) волокна на воздухе при температуре 250 °C в течение 24 часов. В результате окисления образуются лестничные структуры.

После окисления следует стадия карбонизации — нагрева волокна в среде азота или аргона при температурах от 800 до 1500 °C. В результате карбонизации происходит образование графитоподобных структур.

Процесс термической обработки заканчивается графитизацией при температуре 1600-3000 °C, которая также проходит в инертной среде. В результате графитизации количество углерода в волокне доводится до 99 %.

Композиционные материалы на основе углеродных волокон наряду с применением их в авиационной технике эффективно используются в конструкциях космических летательных аппаратов. Это обусловлено тем, что они обладают сравнительно низкой плотностью. Их высокая стоимость в этом случае не является сдерживающим фактором, так как масштабы применения углепластиков в рассматриваемой области техники не столь велики. Считается, что количество углеродных волокон, используемое в этой области, составляет приблизительно 10% объема их производства. Однако точно оценить эту величину нельзя, так как данная область применения композиционных материалов на основе углеродных волокон почти всегда связана с самыми совершенными технологиями, имеющими оборонное значение и засекреченными.

6.5 Теплозащитные материалы

Изобретение относится к материалам-покрытиям, предназначенным для защиты различных объектов от мощных тепловых воздействий (нежелательного перегрева, пламени, короткого замыкания, различных излучений и т.д.), в результате которых может иметь место пожар или выход из строя приборов, оборудования и т. п. Теплозащитный композитный материал-покрытие состоит из пористой матрицы с открытыми порами и помещенного в эти поры гигроскопичного вещества. В качестве пористой матрицы используют неорганические оксиды, углеродные сорбенты, полимеры, природные сорбенты, пористые металлы, пористые композиты или их смеси с открытыми порами размером 5-100 нм, а в качестве гигроскопичного вещества в поры помещают неорганические соли, их смеси или их растворы с содержанием влаги более 6 молекул воды на каждый ион металла при температуре окружающей среды от - 10 до + 50°С, давлении 700-1500 кПа и влажности воздуха более 15%. В качестве неорганических солей используют галогениды, нитраты, сульфаты щелочных и щелочноземельных металлов. Материал может быть спрессован или включен в другую матрицу со связующим. Техническим результатом является повышение времени тепловой защиты материалов в случае мощных тепловых воздействий.

Теплозащитный композитный материал-покрытие может быть получен стандартными методами синтеза - пропиткой предварительно высушенных матриц насыщенными растворами солей до полного (либо частичного) заполнения пор с последующей сушкой, совместным осаждением, нанесением из газовой фазы и т.д

Глава 7. Примеры эффективного применения новых материалов в технике.

7.1 Авиация и космонавтика

В авиации и космонавтике с 1960-х годов существует настоятельная необходимость в изготовлении прочных, лёгких и износостойких конструкций. Композиционные материалы применяются для изготовления силовых конструкций летательных аппаратов, искусственных спутников, теплоизолирующих покрытий шатлов, космических зондов. Всё чаще композиты применяются для изготовления обшивок воздушных и космических аппаратов, и наиболее нагруженных силовых элементов.

Вооружение и военная техника.

Благодаря своим характеристикам (прочности и лёгкости) композиционные материалы применяются в военном деле для производства различных видов брони:

• бронежилетов

• брони для военной техники

Все большее распространение в современном машиностроении получают газотурбинные двигатели (ГТД). В настоящее время существует несколько классов двигателей: это турбовальные двигатели разных типов (ТВ2-117, ТВ3-117 разных модификаций, ВК-2500 и др.), использующиеся в вертолетостроение (Ми-8, Ми-24, Ми-28, Ка-52 и др.); турбовинтовые двигатели (ТВ7-117С/СМ, ТВ3-117ВМА-СБМ1, ВК-1500 и др.) для гражданской авиа¬ции (Ил-114, Ан-140, Бе-132МК и др.); двигатели (РД-33, АИ-222-25, АЛ-31Ф и др.) военной авиации для самолетов серии Миг, Су; танковые двигатели (семейство ГТД-1250) для тягачей, САУ, Т-80; морские и промышленные двигатели.

Авиационное двигателестроение требует от промышленности получение исходных заготовок с высокими эксплуатационными свой¬ствами, что обеспечивается использованием в производстве высоколе¬гированных сплавов на никелевой основе (ЭК79ИД, ЭК151ИД, ЭК152ИД, ЭП975ИД, и др.) и получением из них заготовок сложной конфигурации (например, диск турбины с валом) методами ковки, штамповки. Эти сплавы обладают высокой жаропрочностью, но одновременно характеризуются низкой технологичностью при производстве деформированных полуфабрикатов. Жаропрочность сплавов зависит от степени легирования и содержания в них упрочняющей -фазы, количество которой достигает 5060%.

Штампованная заготовка из сплава ЭП975ИД (ХН53КВЮТБМР), представляющая собой заготовку диска с лопатками и валом и являющейся высоконагруженной ответственной деталью, работающей при температурах до 850С, с кратковременным повышением температуры до 1000С вспомогательных силовых установок ТА-8. Вспомогательная силовая установка ТА-8 выпускается Уфимским агрегатным предприятием ФГУП «Гидравлика» и предназначена для запуска маршевых двигателей ТВ3-117, кондиционирования салонов самолётов, питания бортовой сети электроэнергией переменного и постоянного тока на земле и в полёте. Устанавливается на воздушных судах Ан-72, Ми-26, Ми-8, Ту-134 и др.

Эта штампованная заготовка имеет сложную конфигурацию, и технология ее изготовления заключается в комбинированной деформации на гидравлическом прессе с одновременной выпресовкой вала и формированием дисковой части. Однако при этом возникает противоречие между целью: обеспечением в изделии заданных эксплуатационных свойств и средствами, методами получения таких изделий.