|
|
@@ -4,6 +4,96 @@
|
|
|
\section{Технологические операции изготовления конструкций из тканых УУКМ,
|
|
|
приводящие к появлению локальных концентраторов напряжений}
|
|
|
|
|
|
+\subsection{Описание технологического процесса изготовления
|
|
|
+углеродных волокон}
|
|
|
+
|
|
|
+Углеродные волокна обладают уникальными механическими и физическими свойствами
|
|
|
+по раду показателей: высокая теплостойкость, низкие коэффициенты трения и
|
|
|
+температурного расширения, высокая стойкость к атмосферным воздействиям и
|
|
|
+химическим реагентам. Исходными материалами для получения углеродных волокон
|
|
|
+являются химические волокна и углеродные пеки.
|
|
|
+
|
|
|
+Технологический процесс получения углеродных волокон включает в себя стадии
|
|
|
+текстильной подготовки материала, окисления, карбонизации и графитизации.
|
|
|
+
|
|
|
+Во время текстильной подготовки из целлюлозного материала удаляется влага,
|
|
|
+неорганические примеси и органические вещества, включая замасливающие
|
|
|
+препараты, путем обработки их растворителями или поверхностно-активными
|
|
|
+веществами. После чего материал проходит сушку при температуре не ниже
|
|
|
+$100^\circ\mathrm{C}$ в течении $15$ часов.
|
|
|
+
|
|
|
+Окисление проводится при температуре не выше $350\dots400^\circ\mathrm{C}$. На
|
|
|
+этой стадии протекают основные химические реакции, наблюдаются наибольшие
|
|
|
+потери массы материала.
|
|
|
+
|
|
|
+Карбонизация проводится при температурах, достигающих
|
|
|
+$900\dots1500^\circ\mathrm{C}$. На этой стадии продолжаются химические процессы,
|
|
|
+в результате которых остаток обогащается углеродом. При этом, во время
|
|
|
+карбонизации изменяется комплекс физико-механических характеристик волокна, что
|
|
|
+особо важно для практических целей. Процесс карбонизации проводят в защитных
|
|
|
+средах нейтральных газов азота или аргона, которые предотвращают воздействие на
|
|
|
+целлюлозу кислорода из воздуха.
|
|
|
+
|
|
|
+При графитизации углеродные влокна подвергаются высокотемпературной обработке.
|
|
|
+Начальная температура графитизации определяется конечной температурой
|
|
|
+карбонизации, а конечная находится в пределах $2600\dots2800^\circ\mathrm{C}$.
|
|
|
+В процессе графитизации происходит насыщение волокон углеродом до содержания не
|
|
|
+менее $99\%$. Графитизацию проводят в среде аргона очень короткое время
|
|
|
+(несколько минут).
|
|
|
+
|
|
|
+Наряду с гидратцеллюлозным волокном в качестве сырья для получения углеродных
|
|
|
+материалов используют ПАН-волокно. Из него изготавливают высокопрочные,
|
|
|
+высокомодульные углеродные волокна. Одним из преимуществ ПАН-волокна является
|
|
|
+высокое содержание углерода --- около $40\%$ от массы полимера. Стадии процесса
|
|
|
+получения углеродных волокнистых материалов из ПАН-волокна и вискозного сырья
|
|
|
+аналогичны.
|
|
|
+
|
|
|
+Наиболее дешевыми и доступными исходными материалами для производства
|
|
|
+углеродных волокон являются нефтяные и каменноугольные пеки. Процесс получения
|
|
|
+волокон из пеков включает в себя следующие стадии: приготовление пека,
|
|
|
+формование волокна, карбонизацию и графитизацию.
|
|
|
+
|
|
|
+Углеродные волокна, применяемые для армирования конструкционных материалов
|
|
|
+условно могут быть разделены на две группы: высокомодульные ($E_1^+ = 300\dots
|
|
|
+700$~ГПа, $\sigma_1^- = 2\dots 2.5$~ГПа) и высокопрочные ($E_1^- = 200\dots
|
|
|
+250$~ГПа, $\sigma_1^+ = 2.5\dots 3.2$~ГПа) \cite{bib:bulanov}.
|
|
|
+
|
|
|
+\subsection{Изготовление тканей}
|
|
|
+
|
|
|
+Тканые материалы на основе углеродных волокон можно классифицировать по типу
|
|
|
+переплетения волокон. Выделяют следующие типы переплетений: полотняное,
|
|
|
+ситцевое, сатиновое, саржевое, трикотажное. Необходимую для определенной цели
|
|
|
+анизотропию механических характеристик тканых композитов достигают за счет
|
|
|
+варьирования соотношения волокон в основе и утке ткани.
|
|
|
+
|
|
|
+Ткань изготавливают на ткацком станке переплетением двух
|
|
|
+взаимно-перпендикулярных систем нитнй пряжи --- основных и уточных. Основные
|
|
|
+нити располагаются по длине куска ткани, а уточные --- по его ширине, от кромки
|
|
|
+к кромке.
|
|
|
+
|
|
|
+Можно выделить следуюшие основные технические характеристики ткани:
|
|
|
+
|
|
|
+\begin{itemize}
|
|
|
+ \item волокнистый состав;
|
|
|
+ \item вид переплетения;
|
|
|
+ \item способ отделки;
|
|
|
+ \item ширина;
|
|
|
+ \item толщина;
|
|
|
+ \item масса квадратного метра;
|
|
|
+ \item число нитей основы и утка на единицу длины (плотность ткани);
|
|
|
+ \item разрывная нагрузка и растяжимость (удлинение) при разрыве.
|
|
|
+\end{itemize}
|
|
|
+
|
|
|
+\begin{figure}
|
|
|
+ \label{fig:polotn}
|
|
|
+ \includegraphics[width=6cm]{polotn}
|
|
|
+ \caption{Схема полотняного переплетения}
|
|
|
+ \includegraphics[width=6cm]{sarzh}
|
|
|
+ \caption{Схема саржевого переплетения}
|
|
|
+ \includegraphics[width=6cm]{satin}
|
|
|
+ \caption{Схема сатинового переплетения}
|
|
|
+\end{figure}
|
|
|
+
|
|
|
|
|
|
\section{Экспериментальные закономерности влияния локальных концентраторов
|
|
|
напряжений на деформационные и прочностные свойства тканых УУКМ}
|
