Придание геометрии и структуры плетением

Зависимость свойств волокнистых композитов от расположения волокнистых армирующих элементов делает решение вопроса оптимального выбора типа и схемы армирования одним из основных при разработке деталей различного назначения.

Наиболее перспективным видом армирования композитов конструкционного назначения является многонаправленное пространственное армирование, когда армирующие компоненты располагаются в трех и более направлениях [41]. Такие образования называют пространственными армирующими структурами (ПАС).

Всего существует семь хорошо сбалансированных структур укладки волокон, изотропия которых растет с увеличением числа направлений - это структуры 3Д; 4Д; 6Д; 7Д; 9Д; 10Д и 13Д. Когда необходимо иметь высокое объемное содержание арматуры в одном из направлений, применяют структуры 3Д-плетения (рис.3.24,а), 4Д-плетения (рис.3.24,б) и 5Д-пле-тения (рис.3.24,в) [20].

Рис.3.24. Принципиальные схемы расположения волокон в плетеных структурах:

а - 3Д-плетения; б - 4Д-плетения; в - 5Д-плетения

Методом плетения получают различные несущие элементы конструкций. Для изготовления монолитных панелей 4 используют различного типа оправки 1 с пазами для укладки лент или жгутов 2, образующих подкрепляющую структуру 3 (рис.3.25). Полученная таким образом решетчатая структура приформовывается к обшивке.

Эта же идея положена в основу изготовления замкнутых оболочечных конструкций с решетчатым подкреплением. На рис.3.26 показана оправка 1 в виде тела вращения с пазами, выполненными по геодезическим линиям. Укладываемый в пазы жгут 2 образует решетку, выполняющую роль силового набора, например, в конструкции хвостовой балки вертолета. Для создания давления на жгуты одна стенка паза может быть облицована резиной 3 для дальнейшего термокомпрессионного формования.

Рис.3.25. Схема изготовления плетением монолитных панелей

Рис.3.26. Оснастка для плетения решетчатого подкрепления

замкнутой формы

Приемы плетения нашли также распространение при изготовлении узлов типа плоской рамы. На рис.3.27 приведена технологическая схема изготовления лонжерона 1 рамного типа. Оснастка представляет собой систему профилированных шпилек 2, закрепленных на основании. Конструкция формируется путем укладки жгутов 3 на шпильки по заданным траекториям.

Описанные способы плетения получили наибольшее распространение для изделий из углерод-углеродных композиционных материалов (УУКМ). Пространственно армированные структуры УУКМ получают также сборкой из жестких стержней. Стержни получают методом осаждения пироуглерода из газовой фазы или пултрузией, используя ориентированные волокна, пропитанные

Рис.3.27. Схема изготовления плетением лонжерона рамного типа

термореактивными или термопластичными смолами. Применение стержней снижает разрушение волокон в процессе изготовления полуфабриката, способствует хорошему выравниванию армирующих волокон в нужном направлении, позволяет применять волокна независимо от их способности к текстильной переработке.