БУКИНИСТ
Индекс книги: 00634.
ББК 35.719. Полимеры и пластмассы с особой структурой, особыми свойствами и специального назначения.
Углеродные волокна.
Симамура С.
1987 г. 304 стр. Ил.
В книге японских авторов описаны методы получения и обработки углеродных волокон, а так же проанализированы теоретические и экспериментальные работы по изучению их свойств. Рассмотрен практически весь круг вопросов, связанных с исследованием углеродных волокон в армированных полимерах. Описываются методы получения волокон, их характеристики, способы обработки, методы изготовления армированных пластиков, теоретические основы расчета механических свойств этих материалов и методы изготовления изделий из углепластиков.
ПРЕДИСЛОВИЕ
.
Эта книга посвящена углепластикам — полимерным композиционным материалам, армированным углеродными волокнами. Углепластики — новое поколение композиционных материалов, пришедшее на смену стеклопластикам. Первые образцы углепластиков были получены лишь в середине 1960-х годов, тогда как стеклопластики были разработаны почти полвека назад (в 1940 г.).
Приведем сейчас несколько впечатляющих цифр, наглядно поясняющих, какими стремительными темпами развивается промышленность углепластиков. Так, в 1982 и 1983 годах производство углепластиков в США по сравнению с 1981 г. возросло соответственно на 3 и 59%, а в Японии - на 41 и 85%. В те же годы выпуск стеклопластиков в США уменьшился соответственно на 83 и 90%, а в Японии остался практически на уровне 1981 г. (105 и 107%).
Весьма показательно и сравнение данных по абсолютному объему производства углепластиков и стеклопластиков. В США в 1981, 1982 и 1983 гг. выпуск углепластиков составил соответственно 1580, 1680 и 2550 т, а в Японии - 540, 760 и 1000 т. (Данные по производству углепластиков в США включают и материалы на основе термопластичных полимеров, а по Японии — только на основе ненасыщенных полиэфирных смол.). За те же годы объем производства стеклопластиков был во много раз больше: 828 000, 687 700 и 745 400 т (США) и 218 900, 230 100 и 235 000 т (Япония). Причины столь большого различия в объемах производства углепластиков и стеклопластиков будут подробно обсуждены ниже. Сейчас же отметим только одну из них - ограниченный выпуск самих углеродных волокон. Так, за те же годы в США их было выпущено 790, 840 и 1260 т, а в Японии - 270, 380 и 500 т.
В книге рассматривается широкий круг вопросов, связанных с технологией изготовления, анализом свойств и применением углепластиков. В гл. 1 дана общая характеристика углепластиков. В гл. 2 обсуждаются методы изготовления и свойства углеродных волокон, в гл. 3 — свойства полимерных матриц для получения углепластиков. Гл.4 посвящена свойствам углепластиков, гл. 5 — методам расчета этих свойств. В гл. 6 даны примеры разнообразного применения углепластиков - от предметов быта до космических аппаратов. В гл. 7 рассматриваются композиционные материалы на основе углеродных волокон и металлических матриц. Наконец, в гл. 8 дается представление о новейших типах композиционных материалов, причем не только на основе углеродных волокон.
Авторы книги — ведущие специалисты в области углепластиков. Вот почему им удалось обобщить в сжатой форме все самое полезное, новое и важное, что связано с этими интересными материалами.
В заключение я хочу поблагодарить всех специалистов, и в частности, участников семинара по углеродным волокнам (май 1983 г., Япония), результаты которых использованы в нашей книге.
С. Симамура
.
ОГЛАВЛЕНИЕ.
Глава 1. Общие представления о композиционных материалах и материалах, армированных углеродными волокнами.
- Место композиционных материалов среди других материалов.
- Типы композиционных материалов.
Определение композиционных материалов.
Составные и структурированные материалы.
Типы композиционных материалов.
Особенности композиционных материалов, армированных углеродными волокнами.
Классификация композиционных материалов, армированных волокнами.
Характеристики материалов.
Глава 2. Получение углеродных волокон и их свойства.
- Типы углеродных волокон.
- Производство углеродных волокон.
- Углеродные волокна на основе полиакрилонитрила.
- Углеродные волокна на основе жидкокристаллических пеков.
- Углеродные волокна на основе обычных пеков.
- Обработка поверхности углеродных волокон.
- Аппретирование, или шлихтование, углеродных волокон.
- Свойства углеродных волокон.
- Модуль упругости.
- Прочность.
- Электропроводность.
- Поверхностные свойства.
- Экспериментальные методы исследования свойств углеродных волокон.
Глава 3. Получение и переработка материалов, армированных углеродными волокнами.
- Обоснование выбора полимерной матрицы.
- Термореактивные смолы.
- Термопластичные смолы.
- Обоснование выбора углеродных волокон и наполнителей.
- Углеродные волокна.
- Однонаправленные препреги.
- Ткани и препреги на их основе.
- Тесьма, или плетеный рукав.
- Маты.
- Листовые формовочные материалы.
- Таблетированные полуфабрикаты.
- Листовые материалы для холодной штамповки.
- Формование углепластиков.
- Основные методы переработки углепластиков.
- Некоторые примеры технологий производства изделий из углепластиков.
- Дополнительная обработка углепластиков.
- Механическая обработка.
- Склеивание и соединение.
Глава 4. Свойства пластмасс, армированных углеродными волокнами.
- Статическая прочность.
- Прочностные характеристики предварительно пропитанных лент (препрегов).
- Прочностные характеристики тканевого углепластика.
- Усталостная прочность.
- Основные характеристики.
- Влияние условий нагружения на усталостные характеристики слоистых пластиков.
- Предельные механические характеристики.
- Основы теории расчета.
- Характеристики хрупкого разрушения.
- Прочность при ползучести.
- Стойкость к воздействию окружающей среды.
- Эпоксидные смолы.
- Слоистые пластики.
- Характеристики углепластиков японского производства.
- Прогноз улучшения характеристик углепластиков.
Глава 5. Расчеты характеристик пластмасс, армированных углеродными волокнами.
- Основные подходы.
- Анизотропия и конструкционная прочность.
- Анизотропия и деформируемость.
- Понятие анизотропии и изотропности.
- Анизотропия упругих свойств.
- Анизотропия прочностных свойств армированных пластиков.
- Оптимальный угол взаимной ориентации волокон.
- Примеры решения прикладных задач.
- Армированные волокнами маховики.
- Шестерни из армированных пластиков.
Глава 6. Применение углепластиков.
- Применение углепластиков в аэрокосмической промышленности.
- Искусственные спутники.
- Космический корабль “Спейс шаттл”.
- Применение углепластиков в самолетостроении.
- Эффективность применения углепластиков в самолетостроении.
- Методы формования деталей самолетов.
- Военные самолеты.
- Гражданские самолеты.
- Применение углепластиков в военной промышленности.
- Использование углепластиков для изготовления спортивных изделий.
- Применение углепластиков в медицине.
- Применение углепластиков в автомобилестроении.
- Применение углепластиков в электронике и электротехнике.
- Другие области применения углепластиков.
Глава 7. Металлы, армированные углеродными волокнами.
- Формование и переработка металлокомпозитов, армированных углеродными волокнами.
- Методы получения полуфабрикатов.
- Методы формования армированных углеродными волокнами металлов.
- Характеристики металлов, армированных углеродными волокнами.
- Характеристики металлов, армированных углеродными волокнами при растяжении.
- Усталостные характеристики металлов, армированных углеродными волокнами.
- Коррозионная стойкость металлов, армированных углеродными волокнами.
- Применение металлов, армированных углеродными волокнами.
- Применение металлов, армированных углеродными волокнами, в космических аппаратах.
- Применение металлов, армированных углеродными волокнами, в авиастроении.
- Применение металлов, армированных углеродными волокнами, в производстве электротехнических деталей, подшипников и шестерен.
Глава 8. Особенности углепластиков в сравнении с другими армированными пластиками.
- Арамидные волокна и армированные пластики на их основе.
- Арамидные волокна.
- Характеристики композиционных материалов на основе арамидных волокон.
- Перспективы разработки новых арамидных волокон.
- Перспективы разработки армированных пластиков на основе арамидных волокон.
- Борные волокна и армированные пластики на их основе.
- Борные волокна.
- Композиционные материалы на основе борных волокон и металлической матрицы.
- Волокна из карбида кремния и композиционные материалы на их основе.
- Волокна из карбида кремния.
- Методы получения волокон из карбида кремния.
- Свойства волокон из карбида кремния.
- Предполагаемые области применения волокон из карбида кремния.
- Волокна из оксида алюминия и композиционные материалы на их основе.
- Волокна из оксида алюминия и их свойства.
- Армированные пластики на основе волокон из оксида алюминия.
- Композиционные материалы на основе волокон из оксида алюминия и металлической матрицы.
Приложение.