Композитные материалы в конструкции грузовых вагонов. Олег Емельянов
и железнодорожной технике.
Впервые стекловолокно было получено случайно – на стекольном производстве случилась авария, под давлением воздуха расплавленная масса раздулась и разделилась на тонкие гибкие нити. Это стало огромной неожиданностью для инженеров, так как обычно после застывания стекло твердеет. С того момента прошло более 150 лет. За это время технология была многократно усовершенствована, но ее принцип остался неизменным.
Углепластики – это композитные материалы, которые состоят из полимерной матрицы и армирующих элементов в виде углеродных волокон. Углеродные волокна получают из синтетических и натуральных волокон на основе сополимеров акрилонитрила, целлюлозы и других.
Для изготовления композитов на основе углеродного волокна используются такие же матрицы, что и для стеклопластиков – термореактивные и термопластичные полимеры.
Основными преимуществами углепластика перед композитами на основе стекловолокна являются его низкая плотность и более высокий модуль упругости. Углепластик – очень легкий и прочный материал. Углеродные волокна и, соответственно, углепластики практически не имеют линейного расширения.
Углепластики используются в авиации, космической промышленности, машиностроении, медицине, спортивном оборудовании. Из углепластиков производят высокотемпературные узлы для ракет и скоростных самолетов, тормозные колодки и диски для авиационной техники и многоразовых космических аппаратов, электротермическое оборудование.
При получении углепластика углеродные волокна пропитываются фенолоформальдегидной смолой, затем подвергаются воздействию высоких температур (+2000° C), при этом органические вещества подвергаются пиролизу и образуется углерод. Чтобы материал был менее пористым и более плотным, операцию повторяют несколько раз.
Другой способ получить углеродный материал – прокалить обычный графит при высоких температурах в атмосфере метана. Мелкодисперсный углерод, образующийся при пиролизе метана, закрывает все поры в структуре графита. Плотность такого материала увеличивается по сравнению с плотностью графита в полтора раза.
Прессование
Процесс прессования полимерных композитных материалов заключается в пластической деформации материала при одновременном воздействии на него тепла и давления с последующей фиксацией формы изделия. Прессование композитов проводится в пресс-формах, конфигурация полости которых соответствует конфигурации будущего изделия.
Пресс-формы устанавливаются на прессах, назначение которых – создание необходимого давления прессования. Помещенный в пресс-форму холодный или предварительно подогретый материал разогревается до температуры прессования и, подвергаясь под давлением прессования деформации одномерного течения, заполняет полость формы и одновременно уплотняется.
Фиксация формы изделия происходит