Компоненты сверхвысокотемпературных углерод-углеродных композиционных материалов » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Компоненты сверхвысокотемпературных углерод-углеродных композиционных материалов

29.06.2021

Сверхвысокотемпературные углерод-углеродные композиционные материалы представляют собой углеродную матрицу, содержащую переменное количество высокопрочных и высокомодульных волокнистых наполнителей. В частности, высокопрочные и высокомодульные наполнители углеродных матриц могут быть представлены углеродными волокнами, тканями или лентами. Углеродные ткани и ленты получают методом плетения волокон (саржевое, полотняное, сатиновое и т.п.).

Углеродные волокнистые наполнители (УВН), применяемые в качестве армирующих сред в производстве углерод-углеродных композиционных материалов, изготавливаются в виде нитей, жгутов, из которых в дальнейшем могут быть получены углеродные ткани или ленты. Различают карбонизованные и графитированные углеродные волокнистые наполнители, технология производства которых определяет содержание углерода и свойства УВН. Гак, например, в процессе карбонизации полиакрилонитрильных волокон (ПАН-волокон) при температуре не выше 1500 °С в структуре волокна протекают значительные изменения, сопровождающиеся потерей его массы. При этом содержание углерода в карбонизованном углеродном ПАН-волокне может составить 90-95 %.

Последующая термическая обработка карбонизованного углеродного ПАН-волокна при температурах до 2800 °С в инертной среде сопровождается обогащением волокна углеродом не менее 99 %.

Графитированное волокно содержит как кристаллическую, так и аморфную составляющую, что в значительной степени определяет высокую прочность и достаточную эластичность.

Применительно к задачам создания сверхвысокотемпературных углерод-углеродных композиционных материалов при их конструировании целесообразно применять графитированные УВ, поскольку при сверхвысоких температурах эксплуатации изделий возможны дальнейшие структурные превращения в карбонизованных волокнах и изменение их свойств и показателей качества изделий в целом.

Углеродные волокна и изделия из них классифицируют по физико-механическим показателям на высокомодульные (E > 300 ГПа), высокопрочные (ов > 250 МПа) и низкомодульные (Е < 100 ГПа). При разработке сверхвысокотемпературных конструкционных углерод-углеродных композиционных материалов (СВТ УУКМ) целесообразно применение высокомодульных и высокопрочных углеродных волокон.

Физико-механические свойства таких волокон для конструирования CBT УУКМ приведены ниже:

Для изготовления пространственно-армированных УУКМ и в дальнейшем изделий из них в качестве армирующих наполнителей целесообразно применение ПАН-волокон (жгутов) УKН, ВМН, ВПР-19. Практический интерес для производства CBT УУКМ представляют также НИТ и КУЛОН (Е = 400/600 ГПа; ав = 2000 МПа).

Требования к свойствам углеродных волокнистых наполнителей углеродных матриц во многом зависят от назначения изделий, изготавливаемых из конструкционных композитов на основе углерода.

Исходное сырье для производства углеродных тканей — полиакрилонитрил или вискоза. Волокна из полиакрилонитрила при получении текстильных материалов из ПАН-волокон предварительно окисляют под натяжением, что способствует повышению механических свойств текстильных материалов, изготавливаемых из таких волокон. Для производства изделий различного назначения из УУКМ применяют ткани ТГН-2М, УТ-900 и др. Физико-механические характеристики тканей УТ-900 и УРАЛ-TМ/4 приведены в табл. 11.1.

Углеродные ленты, ткани применяют при изготовлении намоткой оболочечных конструкций. При производстве оболочечных конструкций используют в основном предварительно пропитанную связующим ленту или ткань. Возможна также технология «сухой» намотки ленты или ткани при изготовлении оболочечного каркаса с последующим уплотнением его пироуглеродом (ПУ).

Однако формирование оболочечных каркасов методом «сухой» намотки лент или тканей не получило широкого применения, поскольку такая технология не обеспечивает требуемую межслоевую прочность CBT УУКМ.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: