Знак Вопроса 1997 № 04 - страница 51
) некрученого волокна, пропитанного связующим, составляет 367 кг/мм>2, крученой пряжи — 281 кг/мм>2 при плотности ρ = 1,44 г/см>3. Относительное удлинение (δ) волокна кевлар составляет 2,5 %. Волокно обладает хорошей термостабильностью и сохраняет свойства в диапазоне температур от -70 °C до +180 °C с устойчивостью к усадке (0,2 % при температуре 60 °C). Оно стойко к химическим воздействиям, растворителю, жидкому топливу, морской воде. Обладает повышенными демпфирующими свойствами.
Гибридные полимерные композитные материалы на основе углеродных волокон с добавлением органических волокон представляют собой наиболее перспективные конструкционные композитные материалы, поскольку по своим прочностным характеристикам ни в чем не уступают традиционным конструкционным материалам-металлам, значительно превосходя их по весовой отдаче. Органические волокна, добавленные в углепластик, уменьшают плотность КМ и увеличивают его демпфирующие характеристики, сопротивление ударному, эрозионному и коррозионному воздействию. В результате гибридизации повышается ударная вязкость и трещиностойкость КМ по сравнению с углепластиками на углеродной основе.
Обычно для изготовления углеорганопластиков используется органическая ткань и углеродная лента; в качестве связующего используется эпоксидная смола. В настоящее время наиболее перспективными материалами являются композитные материалы марки УТ-900, изготовленной на основе высокопрочных углеродных волокон УКН и по переплетению волокон в материале напоминающий структуру сатиновой ткани (ткань сатинового плетения), и углеорганопластик УОЛ-300-К на основе комплексной ленты УОЛ, содержащей одну основную нить из органических волокон армос на четыре основных нити из углеродных волокон. В этих материалах применено особое связующее, обладающее достаточно высокой температурой отвердения, что позволяет повысить рабочую температуру изделия до 150 °C. Основные характеристики углеорганопластиков приведены в табл. 4. Там же для сравнения приведены характеристики стеклопластика, традиционного углепластика КМУ-3 и органопластика (органотекстолита).
Помимо управления структурным составом композиции КМ — использования гибридных волокон, повышение стойкости к разрушению может быть обеспечено особыми конструктивными мероприятиями внутри проектируемого материала. Эти конструктивные мероприятия основаны на наблюдениях особенностей разрушения в нагруженной конструкции, состоящей из нескольких составных элементов. Развитие усталостной трещины или сквозной пробоины, появившейся в одной из двух состыкованных пластин (например, в элементах обшивки крыла самолета или корпусе автомобиля), останавливается на поверхности раздела этих пластин и не переходит на соседнюю неповрежденную пластину. Это наблюдение послужило основой для создания т. н. стоперов трещин, которые представляют собой дополнительные включения в структуру материала, предотвращающие катастрофическое развитие усталостных трещин, пробоин или глобальных расслоений, вызванных ударными нагрузками.
Различают стоперы двух типов — высокомодульные (ВМС) и низкомодульные (НМС). Они формируются путем местного изменения жесткости и вязкости разрушения композитного материала. Их функция заключается в создании зон повышенной вязкости разрушения по сравнению с основным материалом конструкции, в которых происходит остановка распространяющейся трещины. Кроме того, высокомодульные стоперы, воспринимающие большую часть нагрузки, снижают интенсивность напряжений на кончике трещины, находящейся в основном материале, препятствуя тем самым ее развитию.
Для формирования высокомодульных стоперов обычно используют однонаправленную борную ленту, пропитанную связующим ЭНФБ, а для изготовления низкомодульных стоперов применяют однонаправленную кордную стеклоткань Т-25, также пропитанную связующим ЭНФБ.
По сравнению с панелями, усиленными ВМС, развитие начального дефекта в изделиях с НМС происходит при меньших нагрузках. Дальнейший характер разрушения для обоих типов стоперов одинаков.
Проведенные испытания показали, что с помощью стоперов можно остановить катастрофическое развитие начального дефекта в виде острой прорези (трещины) и повысить остаточную прочность в зависимости от ширины стопера и межстоперного расстояния в два-три раза по сравнению с неусиленной панелью, содержащей дефект, равный меж-стоперному расстоянию.