Тканые армирующие материалы

       Тканые материалы на основе различных типов высокопрочных волокон, используемые в качестве арматуры при изготовлении слоистых композитов, классифицируют по материалу волокон (стеклоткани, органоткани, углеткани, органостеклоткани, бороорганоткани) и типу их переплетения (полотняное, ситцевое, сатиновое, саржевое, трикотажное). Необходимую для определенных целей анизотропию механических характеристик слоистых композитов достигают за счет варьирования соотношения волокон в основе и утке ткани.

       Ткань изготавливают на ткацком станке переплетением двух взаимноперпендикулярных систем нитей пряжи – основных и уточных. Основные нити (основа) располагается по длине куска ткани, а уточные (уток) – по его ширине, от кромки к кромке.

       Основные технические характеристики ткани следующие: волокнистый состав, вид переплетения, способ отделки, ширина, толщина, масса квадратного метра, число нитей основы и утка на единицу длины (плотность ткани), разрывная нагрузка и растяжимость (удлинение) при разрыве.

       Ткацким переплетением называют порядок последовательного перекрытия на лицевой стороне ткани нитей основы нитями утка.

       Наиболее распространенными являются ткани, ширина которых составляет 40…75 см – узкие, 75…100 см –ширины, 100…150 см – широкие, 150…200см и более – очень широкие. Ткани шириной 0,5…7,5 см и более называют ткаными лентами.

       Ткани массой до 100 г/  считаются легкими, массой от 100 до 500 г/  - имеющими среднюю массу и ткани массой свыше 500 г/  – тяжелыми.

       В отечественной промышленности наиболее широко распространены ткани на средней основе стеклянных, органических и углеродных волокон. Выпускаемые стеклоткани различаются составом стекла, характеристиками нитей, типом переплетения, толщиной, прочностью, плотностью укладки волокон и другими показателями (таблица 1.3.10).

Таблица 1.3.10. Характеристики тканей на основе стеклянных волокон

Органоткани отличаются достаточно высокой термостойкостью, обладают малой усадкой по сравнению с тканями на основе других типов волокон (таблица 1.3.11).

Таблица 1. 3.11. Характеристики тканей на основе органоволокон

       Тканые слоистые органопластики обладают по сравнению со стеклопластиками более высокими прочностными и жесткостными характеристиками.

       Отличительная особенность тканей из углеродных волокон – их высокая термостойкость, жесткость и прочность. Для изготовления углеродных тканей применяют различные типы переплетений. Углеродные ткани в композиционных материалах используют в виде однонаправленных лент (кордовые ткани) или они имеют полотняное либо сатиновое плетение.

Матричные материалы

Матрица является важнейшим компонентом композита. Требования, предъявляемые к матрицам, можно подразделить на эксплуатационные и технологические. К первым относятся требования, обусловленные механическими и физикохимическими свойствами материала матрицы, которые обеспечивают работоспособность композиции при действии различных эксплуатационных факторов. Механические свойства матрицы должны обеспечивать эффективную совместную работу армирующих волокон при различных видах нагрузок. Прочностные характеристики материала матрицы являются определяющими при сдвиговых нагрузках, нагружении композиции в направлениях, отличных от ориентации волокон, а также при циклическом нагружении. Природа матрицы определяет уровень рабочих температур композита, характер изменения свойств при воздействии атмосферных и других факторов. С повышением температуры прочностные и упругие характеристики матричных материалов, также как и прочность их соединения со многими типами волокон, снижаются. После достижения некоторого температурного предела происходит резкое возрастание пластических деформаций, ухудшается несущая способность композита, особенно при сжатии и сдвиге. Матрица также характеризует устойчивость материала к воздействию внешней среды, химическую стойкость, частично теплофизические, электрические и другие свойства.

Технологические требования к матрице определяются осуществляемыми обычно одновременно процессами получения композита и изделия из него. Суть этих процессов заключается в совмещении армирующих волокон с матрицей и окончательном формообразовании изделия. Цель проводимых технологических операций – обеспечение равномерного (без касания между собой) распределения волокон в матрице при заданном их объемном содержании; максимально возможное сохранение прочностных свойств волокон; создание достаточного прочного взаимодействия на границе раздела волокно - матрица. В связи с этим выдвигают определенные требования к материалу матрицы: хорошее смачивание волокна жидкой матрицей в процессе пропитки; возможность предварительного изготовления полуфабрикатов (например, препрегов) с последующим изготовлением из них изделий; качественное соединение слоев композита в процессе формования; невысокая интенсивность параметров окончательного формообразования (например, температуры и давления); обеспечение высокой прочности сцепления матрицы с волокном, небольшая усадка и т.д.

       В настоящее время наиболее широко распространены волокнистые материалы на полимерной и металлической матрицах.