Воробей В.В., Маркин В.Б. Основы технологии и проектирования корпусов ракетных двигателей

Подождите немного. Документ загружается.

ðûõ ñìîë (íàïðèìåð, ïîëèýôèðíûõ) îòâåðæäåíèå íàñòóïàåò â ðåçóëü

òàòå ðåàêöèè ïîëèêîíäåíñàöèè. Íàèáîëåå ýôôåêòèâíî îòâåðæäåíèå

ñâÿçóþùåãî îñóùåñòâëÿåòñÿ ïðè íàãðåâå ìàòåðèàëà. Ïîëèìåðíûå ñâÿ

çóþùèå, ó êîòîðûõ îòâåðæäåíèå ÿâëÿåòñÿ íåîáðàòèìûì ïðîöåññîì,

íàçûâàþòñÿ òåðìîðåàêòèâíûìè. Ïîëèìåðû, êîòîðûå ïðè íàãðåâàíèè

ìîãóò ïîâòîðíî ïåðåõîäèòü â æèäêîå èëè ïëàñòè÷íîå ñîñòîÿíèå, ÿâ

ëÿþòñÿ òåðìîïëàñòè÷íûìè ñìîëàìè. Ðåæèìû ïðîöåññà îòâåðæäåíèÿ

îïðåäåëÿþòñÿ âèäîì ïðèìåíÿåìîãî ïîëèìåðíîãî ñâÿçóþùåãî è âõî

äÿùåãî â åãî ñîñòàâ îòâåðäèòåëÿ, à òàêæå òîëùèíîé ñòåíêè íàìîòàí

íîé îáîëî÷êè, ÷àñòè÷íî åå ðàçìåðàìè è ôîðìîé.

Íàèáîëåå òåõíîëîãè÷íûìè äëÿ ïðîöåññà íàìîòêè ÿâëÿþòñÿ îò

âåðäèòåëè, îáåñïå÷èâàþùèå óñêîðåíèå îòâåðæäåíèÿ ïîëèìåðà ïðè

íàãðåâàíèè èçäåëèÿ äî îïðåäåëåííûõ òåìïåðàòóð, ñïîñîáñòâóþùèõ

ñøèâêå ìîëåêóë è îáðàçîâàíèþ ñåò÷àòûõ ñòðóêòóð. Äëÿ ðàñïðî

ñòðàíåííûõ ýïîêñèäíûõ ñâÿçóþùèõ òàêèìè îòâåðäèòåëÿìè ÿâëÿþò-

ñÿ ñîåäèíåíèÿ íà îñíîâå àëèôàòè÷åñêèõ è àðîìàòè÷åñêèõ àìèíîâ.

Íàïðèìåð, ÒÝÀÒ (òðèýòàíîëàìèíòèòàíàò) îáåñïå÷èâàåò äîâîëüíî

äëèòåëüíóþ æèçíåñïîñîáíîñòü ýïîêñèäíîãî êîìïàóíäà òèïà ÊÄÀ

(ÒÓ6-05-1380-76) ïðè êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå è äîñòàòî÷íî áûñòðîå

åãî îòâåðæäåíèå ïðè íàãðåâå äî 455 Ê.

Ñõåìàòè÷íî ïðîöåññ îòâåðæäåíèÿ ýïîêñèäíîãî ñâÿçóþùåãî â

íàãðåâàòåëüíîé ïå÷è âûãëÿäèò òàêèì îáðàçîì (ðèñ. 1.26):

— íàãðåâ äî òåìïåðàòóðû ãåëåîáðàçîâàíèÿ ñâÿçóþùåãî

(ïî-

ðÿäêà 350–393 Ê), ñîîòâåòñòâóþùåé òåìïåðàòóðå ôîðìèðîâàíèÿ ïî-

ëèìåðíîé ñåòêè, ïðè êîòîðîé ñâÿçóþùåå óòðà÷èâàåò òåêó÷åå ñîñòîÿ-

íèå, òåðÿåò æèçíåñïîñîáíîñòü è òåõíîëîãè÷íîñòü;

— âûäåðæêà äëÿ îáåñïå÷åíèÿ ïðîãðåâà âñåé ìàññû èçäåëèÿ;

— íàãðåâ äî òåìïåðàòóðû ñòåêëîâàíèÿ

ïðè êîòîðîì ñâÿçóþ

ùåå òâåðäååò;

— ïîâûøåíèå òåìïåðàòóðû äî îïòèìàëüíîé òåìïåðàòóðû îòâåð

æäåíèÿ (îêîëî 453 Ê);

— âûäåðæêà äî îêîí÷àíèÿ ïîëèìåðèçàöèè ñâÿçóþùåãî;

— îõëàæäåíèå äî êîìíàòíîé òåìïåðàòóðû.

Â ïðîöåññå îòâåðæäåíèÿ â ìàòåðèàëå (â âîëîêíàõ è ñâÿçóþùåì)

âîçíèêàþò óñàäî÷íûå íàïðÿæåíèÿ çà ñ÷åò óìåíüøåíèÿ îáúåìà

(2–30 %) æèäêîãî ñâÿçóþùåãî

ïðè åãî çàòâåðäåíèè. Ïðè ýòîì

ñâÿçóþùåå èñïûòûâàåò ðàñòÿãè

Îáùèå ñâåäåíèÿ î ìåòîäå íåïðåðûâíîé íàìîòêè 41

Ðèñ. 1.26. Òèïîâîé ïðîöåññ òåðìî

îáðàáîòêè ÏÊÌ íà îñíîâå ýïîê

ñèäíîãî ñâÿçóþùåãî.

âàþùèå, à âîëîêíà — ñæèìàþùèå íàïðÿæåíèÿ. Êðîìå òîãî, âñëåäñò

âèå ðàçëè÷èÿ êîýôôèöèåíòîâ ëèíåéíîãî ðàñøèðåíèÿ âîëîêîí è ñâÿ

çóþùåãî â íèõ âîçíèêàþò òåðìè÷åñêèå íàïðÿæåíèÿ, êàê ïðàâèëî,

òîãî æå çíàêà. Ýòè íàïðÿæåíèÿ ñíèæàþò (êîìïåíñèðóþò) òåõíîëî

ãè÷åñêîå íàòÿæåíèå íèòåé ïðè íàìîòêå.

Â ñâÿçè ñ òåì, ÷òî êîìïîçèöèîííûå ìàòåðèàëû (ÊÌ) íà îñíîâå

ïîëèìåðíûõ ñâÿçóþùèõ, êàê ïðàâèëî, èìåþò äîâîëüíî íèçêóþ òåï

ëîïðîâîäíîñòü, ïðè áîëüøèõ òîëùèíàõ íàìîòàííîãî è ïîìåùåííîãî

â ïå÷ü èçäåëèÿ âîçìîæíû ñëó÷àè, êîãäà íà åãî íàðóæíîé ïîâåðõíîñòè,

ñîïðèêàñàþùåéñÿ ñ íàãðåòûì âîçäóõîì, óæå íà÷àëàñü ðåàêöèÿ ïîëè

ìåðèçàöèè ñâÿçóþùåãî, â òî âðåìÿ êàê ãëóáèííûå ñëîè ó òåõíîëîãè

÷åñêîé îïðàâêè åùå íå ïðîãðåëèñü äî ýòîé òåìïåðàòóðû. Â ðåçóëüòàòå

òîëñòîñòåííûå òðóáû íåðåäêî èìåþò äåôåêòû â âèäå ðàññëîåíèé è

ìåæñëîåâîãî ðàñòðåñêèâàíèÿ. Äëÿ áîðüáû ñ ýòèìè ÿâëåíèÿìè ëèáî

óâåëè÷èâàþò âðåìÿ âûäåðæêè, îáåñïå÷èâàþùåé ïðîãðåâ èçäåëèÿ

ïðè áîëåå íèçêîé òåìïåðàòóðå, ëèáî ïðèìåíÿþò ïðîöåññ èçãîòîâëå-

íèÿ, çàêëþ÷àþùèéñÿ â ÷åðåäîâàíèè ïîñëîéíîé íàìîòêè ñ îïåðàöè-

åé îòâåðæäåíèÿ.

Äëÿ íåêîòîðûõ ñèíòåòè÷åñêèõ ñìîë, èñïîëüçóþùèõñÿ ïðè íàìîò-

êå, íàïðèìåð ôåíîëüíûõ, êðîìå òåðìîîáðàáîòêè â ïðîöåññå îòâåð-

æäåíèÿ íåîáõîäèìî îáåñïå÷èòü äàâëåíèå ïî íàðóæíîé ïîâåðõíîñòè

èçäåëèÿ. Â ýòîì ñëó÷àå îòâåðæäåíèå èçäåëèé îñóùåñòâëÿþò â àâòîêëà-

âàõ ïðè äàâëåíèÿõ íà ôîðìóåìóþ ïîâåðõíîñòü ïîðÿäêà 0,35–0,7 ÌÏà,

ïåðåäàâàåìûõ îò æèäêîãî èëè ãàçîâîãî ðàáî÷åãî òåëà ÷åðåç ýëàñòè÷íûé

ìåøîê èëè äèàôðàãìó.

Îáæàòèå ÊÌ ïðè åãî îòâåðæäåíèè, îáåñïå÷èâàþùåå ìîíîëèòè

çàöèþ ìàòåðèàëà è ïîëó÷åíèå èçäåëèé ñ óëó÷øåííûìè ôèçèêî-ìå

õàíè÷åñêèìè ñâîéñòâàìè, íåðåäêî ïðîâîäÿò è ïðè èñïîëüçîâàíèè

äðóãèõ âèäîâ ñâÿçóþùèõ. Äëÿ ýòèõ öåëåé êðîìå àâòîêëàâíîãî ïðèìå

íÿþò ñëåäóþùèå ôîðìîâàíèÿ:

— âàêóóìíîå ñ ýëàñòè÷íîé äèàôðàãìîé;

— ïîä äåéñòâèåì òåïëîâîãî ðàñøèðåíèÿ;

— ñ îáæàòèåì òåðìîóñàæèâàþùåéñÿ ëåíòîé.

Ïåðâûé èç ýòèõ ñïîñîáîâ èñïîëüçóþò â òåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà íåëüçÿ

ïðèìåíÿòü àâòîêëàâû èç-çà áîëüøèõ ãåîìåòðè÷åñêèõ ðàçìåðîâ èçäå

ëèÿ, íàïðèìåð äëÿ òðóá äëèíîé îêîëî 10 ì è âûøå. Îñíîâíûå ñòàäèè

òàêîãî ïðîöåññà çàêëþ÷àþòñÿ â ïîñëîéíîé óêëàäêå ìàòåðèàëà, ïîä

ãîòîâêå ñèñòåìû îòâåðñòèé äëÿ âûïóñêà ãàçîâ, èçëèøêîâ ñâÿçóþùåãî

è ôîðìîâàíèè íàäåâàåìîé ñâåðõó äèàôðàãìû. Ýëàñòè÷íóþ äèàôðàã

ìó, ñîîòâåòñòâóþùóþ êîíôèãóðàöèè ôîðìóåìîé äåòàëè, ðàçìåùàþò

íàä óëîæåííûìè ñëîÿìè ìàòåðèàëà, ïîäêëþ÷àþò ê âûïóñêíîé ñèñ

42 Ãëàâà 1

òåìå, âàêóóìíîé ëèíèè è óïëîòíÿþò ïî ëèíèè ñòûêà. Îáû÷íî ñíà÷à

ëà ñîçäàþò íåáîëüøîé âàêóóì, ÷òîáû ðàçãëàäèòü ïîâåðõíîñòü äèà

ôðàãìû, à çàòåì îêîí÷àòåëüíî âàêóóìèðóþò è íàãðåâàþò ñèñòåìó. Â

áîëüøèíñòâå ñëó÷àåâ âàêóóì ïîääåðæèâàåòñÿ íà ïðîòÿæåíèè âñåãî

öèêëà íàãðåâà è îõëàæäåíèÿ.

Îäèí èç ìåòîäîâ ôîðìîâàíèÿ ïîä äåéñòâèåì òåïëîâîãî ðàñøè

ðåíèÿ çàêëþ÷àåòñÿ â íàìîòêå íåñêîëüêèõ ñëîåâ ðåçèíû, íàïðèìåð

ñèëèêîíîâîé, íà íàìîòàííûå èëè óëîæåííûå ñëîè êîìïîçèöèîííî

ãî ìàòåðèàëà è â ðàçìåùåíèè âñåãî ýòîãî ïàêåòà â ìåòàëëè÷åñêóþ

æåñòêóþ ôîðìó, êîòîðóþ, â ñâîþ î÷åðåäü, ïîìåùàþò â íàãðåâàòåëü

íóþ ïå÷ü. Ïðè ïîâûøåíèè òåìïåðàòóðû ðåçèíîâàÿ ìàññà ðàñøèðÿ

åòñÿ â áîëüøåé ñòåïåíè, ÷åì îãðàíè÷èâàþùàÿ åå ìåòàëëè÷åñêàÿ îñ

íàñòêà, ÷òî âûçûâàåò äàâëåíèå íà îòâåðæäàåìûé ìàòåðèàë. Áëàãîäà

ðÿ ýòîìó îòïàäàåò íåîáõîäèìîñòü â ïðèëîæåíèè âíåøíåãî äàâëåíèÿ,

êàê ýòî äåëàåòñÿ ïðè àâòîêëàâíîì ôîðìîâàíèè. Ïðè èñïîëüçîâàíèè

ñèëèêîíîâîé ðåçèíû íå òðåáóåòñÿ ïðèìåíÿòü äîïîëíèòåëüíóþ àíòè-

àäãåçèîííóþ ïîäëîæêó, òàê êàê ýòà ðåçèíà îáëàäàåò íèçêîé àäãåçèåé

ê áîëüøèíñòâó ïðèìåíÿåìûõ ñâÿçóþùèõ. Åñëè ìàññà ðåçèíû ïðè òà-

êîì îáæàòèè âûáðàíà áåç ó÷åòà îáúåìà âíóòðåííåé ïîëîñòè îõâàòû-

âàþùåé îñíàñòêè, ìîæåò ðàçâèòüñÿ î÷åíü âûñîêîå äàâëåíèå — äî

5,6 ÌÏà.

Òêàíûå ëåíòû èç êðåìíåçåìíûõ íèòåé îáëàäàþò ñïîñîáíîñòüþ

óñàæèâàòüñÿ (óìåíüøàòü ñâîþ äëèíó íà 5–7 %) ïðè íàãðåâàíèè äî

500–600 Ê. Ïîäîáíûå ëåíòû ïðèìåíÿþò äëÿ óïëîòíåíèÿ ìàòåðèàëà,

íàìîòàííîãî íà æåñòêóþ òåõíîëîãè÷åñêóþ îïðàâêó, ïðè åãî îòâåð

æäåíèè â íàãðåâàòåëüíîé ïå÷è. Åñëè ó âèòêîâ òåðìîóñàæèâàþùåéñÿ

ëåíòû îòñóòñòâóåò âîçìîæíîñòü âçàèìíîãî ïðîñêàëüçûâàíèÿ, òî, óêî

ðà÷èâàÿñü, îíè îáåñïå÷èâàþò ïðèæàòèå ðàñïîëîæåííîãî ïîä íèìè

ñëîèñòîãî ìàòåðèàëà ê îïðàâêå, ìîíîëèòèçèðóþò åãî, â ðåçóëüòàòå

÷åãî ïîâûøàþòñÿ ôèçèêî-ìåõàíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè èçäåëèÿ.

Øèðîêî ðàñïðîñòðàíåííàÿ òåðìîîáðàáîòêà èçäåëèé â ïå÷àõ ñ

öåëüþ îòâåðæäåíèÿ ñâÿçóþùåãî â ÊÌ íàðÿäó ñ ïðîñòîòîé îáëàäàåò è

ðÿäîì òåõíè÷åñêèõ íåäîñòàòêîâ.

Âî-ïåðâûõ, î÷åíü ìíîãî âðåìåíè è ýíåðãèè ðàñõîäóåòñÿ íà ðàçî

ãðåâ è âûäåðæêó èçäåëèÿ ïðè ðàñ÷åòíûõ òåìïåðàòóðàõ. Âî-âòîðûõ,

âîçíèêàþò òåõíè÷åñêèå òðóäíîñòè ñ îòâåðæäåíèåì èçäåëèé, èìåþ

ùèõ áîëüøèå ãàáàðèòû, èç-çà îòñóòñòâèÿ ñîîòâåòñòâóþùèõ ïå÷åé.

Êðîìå òîãî, ïðè îòâåðæäåíèè òîëñòîñòåííûõ èçäåëèé òðóäíî ðàçî

ãðåòü òîëüêî íàðóæíóþ ïîâåðõíîñòü. Âñå ýòè íåäîñòàòêè çíà÷èòåëü

íî ñíèæàþò ýôôåêòèâíîñòü è êîýôôèöèåíò ïîëåçíîãî äåéñòâèÿ

ïðèìåíÿåìûõ â íàñòîÿùåå âðåìÿ ïå÷åé è âûíóæäàþò èññëåäîâàòåëåé

Îáùèå ñâåäåíèÿ î ìåòîäå íåïðåðûâíîé íàìîòêè 43

èñêàòü äðóãèå èñòî÷íèêè íàãðåâà è ìåòîäû îòâåðæäåíèÿ ïîëèìåð

íûõ ñìîë.

Îäèí èç íàèáîëåå ïåðñïåêòèâíûõ ìåòîäîâ — ðàçîãðåâ ñâÿçóþ

ùåãî ïîä âîçäåéñòâèåì ñâåðõâûñîêî÷àñòîòíîãî ýëåêòðîìàãíèòíîãî

ïîëÿ, ïðè êîòîðîì äèïîëüíûå ìîëåêóëû ïîëèìåðà, êîëåáëþùèåñÿ

ñèíõðîííî èçìåíåíèþ ÷àñòîòû, çà ñ÷åò âíóòðåííåãî òðåíèÿ î÷åíü

áûñòðî ðàçîãðåâàþòñÿ äî âûñîêèõ òåìïåðàòóð îäíîâðåìåííî âî âñåì

îáúåìå èçäåëèÿ. Èíòåðåñíûìè òàêæå ÿâëÿþòñÿ èññëåäîâàíèÿ ïî ðà

äèàöèîííî-õèìè÷åñêîìó îòâåðæäåíèþ ñâÿçóþùèõ ïîä äåéñòâèåì

óñêîðåííûõ ýëåêòðîíîâ. Èìååòñÿ èíôîðìàöèÿ î òîì, ÷òî ïðèìåíå

íèå ïîñëåäíåãî ìåòîäà îáåñïå÷èâàåò íå òîëüêî óñêîðåíèå ïðîöåññà,

íî è ïîâûøåíèå ôèçèêî-ìåõàíè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ ìàòåðèàëà.

Èíîãäà äëÿ óñêîðåíèÿ ïðîöåññà îòâåðæäåíèÿ, íàïðèìåð ïðè ìàñ

ñîâîì âûïóñêå èçäåëèé, â ñâÿçóþùåå äîáàâëÿþò êàòàëèçàòîðû, àêòèâ

íûå õèìè÷åñêèå äîáàâêè, ñïîñîáñòâóþùèå ñóùåñòâåííîìó óáûñòðå-

íèþ ïðîöåññà ïîëèìåðèçàöèè. Èçâåñòíû ñëó÷àè, êîãäà ïîä âîçäåé-

ñòâèåì òàêèõ äîáàâîê è èíòåíñèâíîãî äîïîëíèòåëüíîãî íàãðåâà èç-

äåëèé ïðè ïîìîùè êâàðöåâûõ ëàìï îòâåðæäåíèå ñâÿçóþùåãî îñóùå-

ñòâëÿëîñü çà 15–20 ìèí.

Ãëàâà 2

Ìàòåðèàëû,

ïðèìåíÿåìûå ïðè èçãîòîâëåíèè

êîðïóñîâ äâèãàòåëåé

2.1. Ïëàñòèêè íà îñíîâå ñòåêëÿííûõ, îðãàíè÷åñêèõ,

óãëåðîäíûõ è áîðíûõ âîëîêîí

äëÿ íàìîòêè ñèëîâûõ îáîëî÷åê

è ñîåäèíèòåëüíûõ îòñåêîâ

Ïîëèìåðíûå êîìïîçèöèîííûå ìàòåðèàëû íà îñíîâå âîëîêîí

ðàçëè÷íîãî òèïà è ïîëèìåðíûõ ìàòðèö èíîãäà íàçûâàþò àðìèðîâàí

íûìè ïëàñòèêàìè. Ýòî ñâÿçàíî ñ òåì, ÷òî èñêëþ÷èòåëüíûå ñâîéñòâà

êîìïîçèòà îïðåäåëÿþòñÿ â îñíîâíîì ñâîéñòâàìè àðìèðóþùåãî ýëå

ìåíòà è, êàê óæå îòìå÷àëîñü ðàíåå, ïðèðîäà ìàòðèöû îïðåäåëÿåò

ïðåèìóùåñòâåííî òåõíîëîãè÷åñêèå ïàðàìåòðû ïðîöåññà èçãîòîâëå

íèÿ èçäåëèÿ, ïðè êîòîðîì îáðàçóåòñÿ è ñàì ìàòåðèàë. Îáðàçîâàííûå

ðàçëè÷íîãî òèïà àðìèðóþùèìè ýëåìåíòàìè ñ ïîëèìåðíîé ìàòðèöåé

44 Ãëàâà 2

ÏÊÌ øèðîêî ïðèìåíÿþò â ðàçëè÷íûõ îòðàñëÿõ ïðîìûøëåííîñòè â

êà÷åñòâå êîíñòðóêöèîííûõ è òåïëîçàùèòíûõ ìàòåðèàëîâ. Íàèáîëåå

ðàñïðîñòðàíåíû ïëàñòèêè, àðìèðîâàííûå ñòåêëÿííûìè, óãëåðîäíû

ìè, îðãàíè÷åñêèìè, áîðíûìè è äðóãèìè âèäàìè âîëîêîí. Â êà÷åñòâå

ìàòðèöû èñïîëüçóþò îòâåðæäåííûå ýïîêñèäíûå, ïîëèýôèðíûå è äðó

ãèå òåðìîðåàêòèâíûå ñìîëû, à òàêæå ïîëèìåðíûå òåðìîïëàñòè÷íûå

ìàòåðèàëû. Ê îñíîâíûì ïðåèìóùåñòâàì êîìïîçèòîâ ñ ïîëèìåðíîé

ìàòðèöåé îòíîñÿòñÿ âûñîêàÿ óäåëüíàÿ ïðî÷íîñòü è æåñòêîñòü, ñòîé

êîñòü ê õèìè÷åñêèì àãðåññèâíûì ñðåäàì, íèçêàÿ òåïëî- è ýëåêòðîïðî

âîäíîñòü è ò.ï. Êðîìå òîãî, ïðè èçãîòîâëåíèè ýòèõ ìàòåðèàëîâ îòíî

ñèòåëüíî ëåãêî ïðè óìåðåííûõ òåìïåðàòóðàõ è äàâëåíèÿõ óäàåòñÿ ñî

åäèíèòü àðìèðóþùèå ýëåìåíòû ñ ìàòðèöåé. Â ýòîì ñëó÷àå ïðèìåíÿþò

êàê òðàäèöèîííûå ïðîöåññû ôîðìîâàíèÿ, òàê è ñïåöèàëüíûå, íàïðè

ìåð íàìîòêó, êîãäà ìàòåðèàë è èçäåëèå ñîçäàþòñÿ îäíîâðåìåííî.

Ôèçèêî-ìåõàíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè îäíîíàïðàâëåííûõ àð-

ìèðîâàííûõ ïëàñòèêîâ îïðåäåëÿþòñÿ àääèòèâíûì âêëàäîì êîìïî-

íåíò ïðè óñëîâèè èäåàëüíîé ñâÿçè íà ïîâåðõíîñòè ðàçäåëà:

()

sss

êââìì

kV V

EkEVEV

(2.1)

ãäå

— ïðåäåë ïðî÷íîñòè íà ðàñòÿæåíèå è ìî-

äóëü óïðóãîñòè êîìïîçèòà, âîëîêíà è ìàòðèöû ñîîòâåòñòâåííî;

— îáúåìíîå ñîäåðæàíèå âîëîêíà è ìàòðèöû â ìàòåðèàëå; k—êî-

ýôôèöèåíò, îïðåäåëÿþùèé èäåàëüíîñòü ñâÿçè êîìïîíåíò (k =1ñî-

îòâåòñòâóåò èäåàëüíîé ñâÿçè, â ðåàëüíûõ ñëó÷àÿõ k < 1).

Â ñîîòâåòñòâèè ñ ïðàâèëîì ñìåñåé (2.1) ñóùåñòâåííóþ ðîëü â

ôîðìèðîâàíèè ôèçèêî-ìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ êîìïîçèöèîííûõ ìà

òåðèàëîâ èãðàåò ãðàíèöà ðàçäåëà ôàç, ïàðàìåòðû êîòîðîé îïðåäåëÿ

þò àäãåçèîííîå âçàèìîäåéñòâèå ïîâåðõíîñòü âîëîêíà — ìàòðèöà.

Õàðàêòåðèñòèêè ïîëèìåðíûõ êîìïîçèöèîííûõ ìàòåðèàëîâ íà

îñíîâå ýïîêñèäíûõ ñâÿçóþùèõ â ñðàâíåíèè ñ òðàäèöèîííûìè ìå

òàëëè÷åñêèìè ìàòåðèàëàìè ïðèâåäåíû â òàáë. 2.1.

Ñðàâíåíèå õàðàêòåðèñòèê îäíîíàïðàâëåííûõ êîìïîçèòîâ ïðè

ðàñòÿæåíèè âäîëü âîëîêîí ïîêàçûâàåò, ÷òî íàèáîëüøåé óäåëüíîé

ïðî÷íîñòüþ îáëàäàþò îðãàíîïëàñòèêè, à óãëå- è áîðîïëàñòèêè

çíà÷èòåëüíî ïðåâîñõîäÿò ñòåêëî- è îðãàíîïëàñòèêè ïî óäåëüíîé

æåñòêîñòè.

Áîëüøèíñòâî îäíîíàïðàâëåííûõ êîìïîçèòîâ ïðè ñæàòèè â íà

ïðàâëåíèè âäîëü âîëîêîí âåäóò ñåáÿ êàê óïðóãèå òåëà, ïîä÷èíÿþ

ùèåñÿ çàêîíó Ãóêà âïëîòü äî ðàçðóøåíèÿ ìàòåðèàëà. Èõ ìîäóëè óï

ðóãîñòè ïðè ðàñòÿæåíèè è ñæàòèè èìåþò îäèíàêîâîå çíà÷åíèå.

Ìàòåðèàëû, ïðèìåíÿåìûå ïðè èçãîòîâëåíèè êîðïóñîâ äâèãàòåëåé 45

Ó áîëüøèíñòâà ÏÊÌ ïðî÷íîñòü ïðè ðàñòÿæåíèè âûøå, ÷åì ïðè

ñæàòèè, çà èñêëþ÷åíèåì áîðîïëàñòèêîâ. Îñíîâíûå íåäîñòàòêè ðàñ-

ñìàòðèâàåìûõ ÏÊÌ — èõ íèçêèå ìåõàíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ïðè

ïîïåðå÷íîì íàãðóæåíèè è ñäâèãå, îáóñëîâëåííûå íåäîñòàòî÷íîé

ïðî÷íîñòüþ ìàòðèöû è ñâÿçè íà ãðàíèöå ðàçäåëà êîìïîíåíòîâ, íèç-

êèå òåïëîâàÿ è ðàäèàöèîííàÿ ñòîéêîñòü, ãèãðîñêîïè÷íîñòü, èçìåíå-

íèå ôèçèêî-ìåõàíè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê ïðè ñòàðåíèè è ïîä âîç-

äåéñòâèåì êëèìàòè÷åñêèõ ôàêòîðîâ.

Àðìèðîâàíèå ïîëèìåðíûõ ìàòðèö ìîæåò îñóùåñòâëÿòüñÿ íå

òîëüêî âîëîêíàìè, íî è òêàíÿìè, èçãîòîâëåííûìè èç íèõ. Â ýòîì

ñëó÷àå ôèçèêî-ìåõàíè÷åñêèå ïàðàìåòðû êîìïîçèòîâ îïðåäåëÿþòñÿ

òèïîì âîëîêíà, ñïîñîáîì ïëåòåíèÿ (óêëàäêè âîëîêîí â òêàíè),

ïëîòíîñòüþ âîëîêîí ïî îñíîâå è ïî óòêó. Ñâîéñòâà ÏÊÌ, àðìèðî

âàííûõ ðàçëè÷íûìè òêàíÿìè è ïðîïèòàííûõ ðàçíûìè ñâÿçóþùèìè

(òàáë. 2.2), çàâèñÿò îò áîëüøîãî ÷èñëà ôàêòîðîâ è â ïåðâóþ î÷åðåäü

õàðàêòåðèçóþòñÿ:

— ñîñòàâîì, ôîðìîé, äëèíîé, äèàìåòðîì àðìèðóþùèõ âîëîêîí

è ñïîñîáîì ïîäãîòîâêè èõ ïîâåðõíîñòè;

— îáúåìíûì ñîäåðæàíèåì àðìèðóþùåãî íàïîëíèòåëÿ è ñâÿçóþ

ùåãî;

— êà÷åñòâîì ïðîïèòêè àðìèðóþùåãî íàïîëíèòåëÿ ñâÿçóþùèì;

— ñâîéñòâàìè ñâÿçóþùåãî è ïðî÷íîñòüþ åãî ñâÿçè ñ íàïîëíè

òåëåì;

— òåõíîëîãèåé (ìåòîäîì è ðåæèìîì) èçãîòîâëåíèÿ ÏÊÌ;

46 Ãëàâà 2

Òàáëèöà 2.1

Ôèçèêî-ìåõàíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè îäíîíàïðàâëåííûõ àðìèðîâàííûõ ïëàñòèêîâ

â ñðàâíåíèè ñ ìåòàëëàìè

Ïàðàìåòð

Ñòåêëî

ïëàñòèê

Óãëå

ïëàñòèê

Îðãàíî-

ïëàñòèê

Áîðî-

ïëàñòèê

Ñòàëü

Àëþ

ìèíèé

Ïëîòíîñòü,

–3

, êã/ì

2,1 1,5 1,38 1,9 7,8 2,7

Ïðåäåë ïðî÷íîñòè, ÃÏà:

ïðè ðàñòÿæåíèè âäîëü âîëîêîí,

1,75 1,1 1,8 1,6 3,8 0,29

ïðè ñæàòèè,

–

0,65 0,45 0,28 2,4 3,8 0,29

ïðè ñäâèãå,

0,048

0,027 0,042 0,102 — —

Óäåëüíàÿ ïðî÷íîñòü ïðè ðàñòÿæåíèè

âäîëü âîëîêîí, 10

–3

, ì 83 73 130 80 50 11

Ìîäóëü óïðóãîñòè âäîëü âîëîêîí,

–3

, ÃÏà

57 180 72 210 200 70

Óäåëüíàÿ æåñòêîñòü, 10

–6

, ì 2,7 12 5,3 10,5 2,5 0,28

Ìîäóëü ñäâèãà, G

, ÃÏà 5,2 5,0 2,0 6,2 — —

— âçàèìíûì ðàñïîëîæåíèåì àð

ìèðóþùåãî íàïîëíèòåëÿ â èçäåëèè

(ñõåìîé àðìèðîâàíèÿ).

Ñîâìåùåíèå àðìèðóþùèõ ìàòå

ðèàëîâ ñî ñâÿçóþùèì äëÿ ïîëó÷åíèÿ

ÏÊÌ ìîæíî îñóùåñòâëÿòü ïðÿìûìè

èëè íåïðÿìûìè ñïîñîáàìè.

Ê ïðÿìûì ñïîñîáàì îòíîñÿòñÿ

òàêèå, ïðè êîòîðûõ èçäåëèå ôîðìó

åòñÿ íåïîñðåäñòâåííî èç èñõîäíûõ

êîìïîíåíòîâ, ìèíóÿ îïåðàöèþ èç

ãîòîâëåíèÿ ïîëóôàáðèêàòîâ.

Íåïðÿìûìè íàçûâàþò ñïîñîáû,

ïðè êîòîðûõ èçäåëèå èçãîòàâëèâàåòñÿ

èç ïîëóôàáðèêàòîâ, ò.å. èç ÏÊÌ, êî-

òîðûå ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé ïðåäâàðè-

òåëüíî ïðîïèòàííûå ìàòåðèàëû —

ïðåïðåãè ñ îðèåíòèðîâàííûì èëè

íåîðèåíòèðîâàííûì ðàñïîëîæåíèåì

âîëîêîí. Ê ïåðâûì îòíîñÿòñÿ îäíî-

íàïðàâëåííûå ëåíòû, òêàíè, ìîíî-

ëèñòû, à êî âòîðûì — ïðåìèêñû,

ïðåññ-âîëîêíèòû è ò.ï.

Ýëåìåíòàðíûé âèä ÏÊÌ — ìèê-

ðîïëàñòèê, ò.å. íèòü, ïðîïèòàííàÿ

ñâÿçóþùèì. Ïîêàçàòåëè ìåõàíè÷å

ñêèõ õàðàêòåðèñòèê ìèêðîïëàñòèêà

èñïîëüçóþò äëÿ îöåíêè êîýôôèöè

åíòà ðåàëèçàöèè ïðî÷íîñòè àðìè

ðóþùèõ âîëîêîí â ìàòåðèàëå èçäå

ëèÿ (%):

100

⋅

1ìàò

1ìï

(2.2)

ãäå

1ìàò

— ïðåäåë ïðî÷íîñòè ìàòå

ðèàëà;

1ìï

— ïðåäåë ïðî÷íîñòè

ìèêðîïëàñòèêà.

Íà ðèñ. 2.1. ïîêàçàíî èçìåíåíèå

êîýôôèöèåíòà ðåàëèçàöèè ïðî÷íî

ñòè îðãàíè÷åñêèõ âîëîêîí îò ìèêðî

ïëàñòèêà äî íàòóðàëüíûõ èçäåëèé.

Ìàòåðèàëû, ïðèìåíÿåìûå ïðè èçãîòîâëåíèè êîðïóñîâ äâèãàòåëåé 47

Òàáëèöà 2.2

Õàðàêòåðèñòèêè ÏÊÌ, àðìèðîâàííûõ ðàçëè÷íûìè òêàíÿìè

Ìàðêà òêàíè (ñâÿçóþùåå)

Âèä

ïåðåïëåòåíèÿ

Òîëùèíà

òêàíè,

ìì

Ïëîò-

íîñòü,

, êã/ì

Ñîäåðæàíèå

ñâÿçóþùå-

ãî, ìàñ.%

Ïðî÷íîñòü

ïðè ðàñòÿæå-

íèè, ÌÏà

Ìîäóëü óïðóãî-

ñòè ïðè ðàñòÿ-

æåíèè, E

, ÃÏà

îñíîâà óòîê îñíîâà óòîê

Ñòåêëîòêàíü ÀÑÃÒ(á)-Ñ (ôåíîëôîðìàëüäåãèäíîå) Ñàòèíîâîå 8/3 0,35 1850 38,8 530 280 26,6 20

Ñòåêëîòêàíü Ò (ïîëèýôèðíîå) Ïîëîòíÿíîå 0,27 1930 27,1 520 300 30 25

Ñòåêëîòêàíü ÌÒÁÑ-2,5 (ïîëèýôèðíîå) Ìíîãîñëîéíîå 2,5 1850 31,5 345 280 25 17,7

Óãëåòêàíü Ï-5-13 (ôåíîëôîðìàëüäåãèäíîå) » 3,0 1360 32,5 101 92 12 13,5

Àðàìèäíàÿ òêàíü (Êåâëàð-49 íà îñíîâå ýïîêñèä-

íîãî ñâÿçóþùåãî) Ñàòèíîâîå 5/3 0,35 1330 50,0 517 310 27,6 21,5

Ýòîò ïîêàçàòåëü óìåíüøàåòñÿ ïî ìåðå óñëîæíåíèÿ òåõíîëîãèè èçãî-

òîâëåíèÿ èçäåëèé. Ïîýòîìó î÷åíü âàæíîé ñëåäóåò ñ÷èòàòü òåõíîëî-

ãè÷åñêóþ çàäà÷ó ðàçðàáîòêè ñïîñîáîâ (ïðèåìîâ), ïîâûøàþùèõ êî-

ýôôèöèåíò ðåàëèçàöèè ïðî÷íîñòè â ðåàëüíûõ òåõíîëîãè÷åñêèõ ïðî

öåññàõ ïðîèçâîäñòâà èçäåëèé.

Ñîâðåìåííîå ïðîèçâîäñòâî ýëåìåíòîâ êîíñòðóêöèé èç ïîëèìåð

íûõ êîìïîçèòîâ â çíà÷èòåëüíîé ìåðå îðèåíòèðóåòñÿ íà ïðåïðåãîâóþ

òåõíîëîãèþ èçãîòîâëåíèÿ èçäåëèé. Ñóòü ýòîé òåõíîëîãèè ñîñòîèò â

èñïîëüçîâàíèè ïðîìåæóòî÷íîãî ïîëóôàáðèêàòà ïðåïðåãà, îáëàäàþ

ùåãî áîëüøîé æèçíåñïîñîáíîñòüþ, ò.å. ñðîêîì ñóùåñòâîâàíèÿ â ñâÿ

çóþùåì àêòèâíûõ ðàäèêàëîâ, îáåñïå÷èâàþùèõ îòâåðæäåíèå ìàòðè

öû. Ïðè íîðìàëüíîé òåìïåðàòóðå (20–10 °Ñ) ýòîò ñðîê ñîñòàâëÿåò

ïðèìåðíî 3 ìåñ, ïðè ïîíèæåííîé — 1 ãîä. Ïðåïðåã, ïîëó÷åííûé íà

ñïåöèàëüíûõ ïðîïèòî÷íûõ óñòàíîâêàõ, îáëàäàåò íàèâûñøèì êà÷åñò

âîì ïðîïèòêè íàïîëíèòåëÿ ñâÿçóþùèì, ìèíèìàëüíûìè ìåõàíè÷åñêè

ìè ïîâðåæäåíèÿìè íàïîëíèòåëÿ, ðàâíîìåðíûì “íàíîñîì” ñâÿçóþùå

ãî â íàïîëíèòåëü ïðè îïòèìàëüíîì ïðîöåíòíîì åãî ñîäåðæàíèè.

Ãîòîâûé ïðåïðåã îáû÷íî ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ðóëîíû èëè ïàêåòû

ëåíòî÷íîãî êîëèáðîâàííîãî ìàòåðèàëà ñ ðàçäåëèòåëüíîé ïëåíêîé

ìåæäó ñëîÿìè. Îòñóòñòâèå çàìåòíîé ëèïêîñòè ïðè íîðìàëüíîé òåì

48 Ãëàâà 2

Ðèñ. 2.1. Âëèÿíèå âèäà àðìèðóþùåãî íàïîëíèòåëÿ íà êîýôôèöèåíò ðåàëè-

çàöèè.

ïåðàòóðå (20 ± 10 °Ñ) ïîçâîëÿåò àâòîìàòèçèðîâàòü ïðîöåññ íàíåñåíèÿ

ïðåïðåãà ìåòîäàìè íàìîòêè, âûêëàäêè, äåëàòü òåõíîëîãè÷åñêè “÷èñ

òûìè” ïðîöåññû ðó÷íîé âûêëàäêè ñëîæíûõ èçäåëèé, ïðîâîäèòü àâ

òîìàòèçèðîâàííûé ðàñêðîé ïðåïðåãà íà ñòàíêàõ ñ ïðîãðàììíûì

óïðàâëåíèåì, íàïðèìåð íà ëàçåðíûõ èëè óëüòðàçâóêîâûõ óñòàíîâêàõ

ðàñêðîÿ ìàòåðèàëà.

Ïðåïðåãè ñ îðèåíòèðîâàííûì ðàñïîëîæåíèåì âîëîêîí èçãîòàâ

ëèâàþò íà ñïåöèàëüíûõ óñòàíîâêàõ âåðòèêàëüíîãî (øàõòíîãî) èëè

ãîðèçîíòàëüíîãî òèïà. Ïîñëåäíèå áîëåå ïðåäïî÷òèòåëüíû.

Ñõåìà ïðîïèòî÷íîé óñòàíîâêè øàõòíîãî òèïà ïðåäñòàâëåíà íà

ðèñ. 2.2. Ïîñòóïàÿ ñî øïóëÿðíèêà íà ðàñïðåäåëèòåëüíûé áàðàáàí,

íèòè íàïîëíèòåëÿ ôîðìèðóþòñÿ â ëåíòó, êîòîðàÿ ïîäñóøèâàåòñÿ íà

ãðåâàòåëåì è äàëåå ïîäàåòñÿ íà ïðîïèòêó â âàííó ñî ñâÿçóþùèì.

Ïîñëå ýòîãî îñóùåñòâëÿþò ïðîïèòêó, îòæèì, ñóøêó è êàëèáðî

âàíèå ïðåïðåãà. Íàèáîëåå âàæíûé ýòàï â ýòîé ñõåìå — âàêóóìèðîâà-

íèå íèòÿíîãî íàïîëíèòåëÿ, îáðàçóþùåãî ïðåïðåã, åãî ñóøêà è ïðî-

ïèòêà â âàêóóìíîé êàìåðå. Öåëü âàêóóìèðîâàíèÿ è ñóøêè — óäàëå-

íèå ãàçîâûõ âêëþ÷åíèé è âëàãè èç ìèêðîòðåùèí è ìåæâîëîêîííîãî

ïðîñòðàíñòâà â íèòÿõ íàïîëíèòåëÿ äëÿ ñâîáîäíîãî ïðîíèêíîâåíèÿ â

íèõ ñâÿçóþùåãî.

Ìàòåðèàëû, ïðèìåíÿåìûå ïðè èçãîòîâëåíèè êîðïóñîâ äâèãàòåëåé 49

Ðèñ. 2.2. Ñõåìà ïðîïèòî÷íîé óñòàíîâêè äëÿ ïîëó÷åíèÿ ïðåïðåãà.

1 — âàêóóìíûé íàñîñ; 2 — âàêóóìíàÿ êàìåðà; 3 — íàãðåâàòåëü; 4 — êîìïåíñàòîð óðîâ

íÿ ñâÿçóþùåãî; 5 — îòæèìíîå óñòðîéñòâî; 6 — ñóøèëüíàÿ ïå÷ü; 7 — áîáèíà ñ ðàçäå

ëèòåëüíîé ïëåíêîé; 8 — ðóëîí ñ ãîòîâûì ïðåïðåãîì; 9 — êàëèáðóþùåå óñòðîéñòâî;

10 — íàãðåâàòåëü; 11 — ðåñèâåð; 12 — ôèëüòð; 13 — âàêóóìíûé çàòâîð; 14 — âàííà ñî

ñâÿçóþùèì; 15 — íàãðåâàòåëü; 16 — øïóëÿðíèê ñ íèòÿíûì íàïîëíèòåëåì; 17 — ðàñ

ïðåäåëèòåëüíûé áàðàáàí.

Íà ìàëîãàáàðèòíîé óñòàíîâêå äëÿ ïîëó÷åíèÿ ëåíòî÷íûõ ïðåïðå

ãîâ (ðèñ. 2.3) íåïðåðûâíûå íèòè, ñìàòûâàÿñü ñî øïóëåé, ñ áîëüøîé

ñêîðîñòüþ (îêîëî 20 ì/ìèí) ïðîòÿãèâàþòñÿ ÷åðåç âàííî÷êó ñ ðàñòâî

ðîì ñâÿçóþùåãî, ãäå îíè ïðîïèòûâàþòñÿ. Çàòåì íèòè ôîðìèðóþòñÿ

ñïåöèàëüíûì ðàñêëàä÷èêîì â ëåíòó è ïîñòóïàþò â öèëèíäðè÷åñêóþ

êàìåðó ñóøêè íà áàðàáàí ñ òðàíñïîðòåðàìè ÷åðâÿ÷íîãî òèïà, íà êî

òîðîì òðàíñïîðòèðóåìàÿ ëåíòà ÷àñòè÷íî îòâåðæäàåòñÿ. Ïîäñóøåí

íàÿ ëåíòà ñìàòûâàåòñÿ íà ïðèåìíóþ êàòóøêó (êàññåòó), ïðè ýòîì ìå

æäó íàìàòûâàåìûìè ñëîÿìè ïðîêëàäûâàåòñÿ ðàçäåëèòåëüíàÿ áóìàãà

èëè ïîëèìåðíàÿ ïëåíêà, ïðåäîõðàíÿþùàÿ ïðåïðåã îò ñêëåèâàíèÿ.

Â çàâèñèìîñòè îò òèïà ñâÿçóþùåãî, óñëîâèé õðàíåíèÿ ïðåïðåãè ñî

õðàíÿþò ñâîþ æèçíåñïîñîáíîñòü îò íåñêîëüêèõ äíåé äî íåñêîëüêèõ

ìåñÿöåâ. Ëó÷øèé ðåæèì õðàíåíèÿ ïðåïðåãîâ — ðåæèì ñóõîãî ëüäà.

50 Ãëàâà 2

Ðèñ. 2.3. Ìàëîãàáàðèòíàÿ óñòàíîâêà äëÿ ïîëó÷åíèÿ ïðåïðåãà â âèäå ëåíòû.

1 — ñòåêëîíèòè ñ áîáèí, óñòàíîâëåííûõ â øïóëÿðíèêå; 2 — ïðîïèòî÷íàÿ âàííà ñ îò

æèìíûìè âàëèêàìè; 3 — ðàñêëàä÷èê íèòåé, ôîðìèðóþùèé èç íèõ ëåíòó; 4 — ïîäàþ

ùèé âàëèê; 5 — öèëèíäðè÷åñêàÿ êàìåðà äëÿ ñóøêè ëåíòû ñ áàðàáàíîì, ìåæäó äâóìÿ

áîêîâûìè äèñêàìè êîòîðîãî ðàñïîëîæåíû øåñòü òðàíñïîðòåðîâ ïîäà÷è ëåíòû; 6 —

êàòóøêà ñ ëåíòîé ïðåïðåãà íà íàìîòî÷íîì óñòðîéñòâå; 7 — êàëîðèôåð; 8 — íàãíåòàþ

ùèé, 9 — îòñàñûâàþùèé âåíòèëÿòîðû.