Конструкционные материалы для летательных аппаратов, страница 4

Широкое применение получают стеклопластики, арматура которых выполняется из стеклянных или асбестовых нитей, а матрицей служат  эпоксидные, фенольные или другие смолы. Имеются стеклопластики с пределом прочности 40─80 кГ/мм² и удельной прочностью, примерно в 2 раза превышающей удельную прочность легированной стали. Конструкции из стеклопластиков обладают повышенной вибропрочностью, высокой демпфирующей способностью и хорошей сопротивляемости удару. Детали из этого материала имеют высокую усталостную прочность и не подвержены коррозии. У стеклопластиков низкий коэффициент линейного расширения. К недостаткам стеклопластиков следует отнести низкий модуль упругости (например, ЭФ-32-301 имеет Е = 2,2·10³кГ/мм²) – примерно в 10 раз меньший, чем у стали. В условиях длительного нагрева характеристики стеклопластиков заметно ухудшаются. В зависимости от типа применяемых смол и наполнителей их можно использовать в диапазоне температур 100─300˚ С.

Весьма перспективны композиционные материалы, у которых в качестве упрочняющей арматуры используются волокна бора, углерода, бериллия, карбида кремния, карбида бора и других материалов. Такие волокна обладают небольшим удельным весом, высокой прочностью и тугоплавкостью. Связующими в этих композициях служат термостойкие смолы с рабочей температурой до 400˚ С и неорганические полимеры (алюминофосфаты, слюдофосфаты и др.) с рабочей температурой 600─800˚ С.

Наибольшее применение в современных композиционных материалах получили волокна бора и углерода (графита), характеристики которых приведены в таблице.

Механические характеристики композиционных материалов получаются, конечно, хуже, чем у армирующих волокон, однако уже сейчас созданы композиции на основе эпоксидной смолы, борных и углеродных волокон с пределом прочности 150─200кГ/мм² и модулем упругости (2,2÷2,8)·10⁴кГ/мм², у которых удельный вес в 3,5 ─ 4,0 раза меньше, чем у стали. Предел прочности при сдвиге у композиционных материалов, выполненных на основе эпоксидных смол, небольшой - 4─11 кГ/мм²; он зависит от прочности сцепления связующего с волокном. Чтобы повысить модуль сдвига (на 30─40%), применяют специальную обработку поверхности волокон, а также выращивание на их поверхности нитевидных кристаллов (усов).

Считается, что применение композиционных материалов на основе бороволокна и эпоксидных смол позволит снизить вес конструкции на 10─20%. Технология изготовления конструкции из таких материалов в настоящее время недостаточно отработана и стоимость их очень высока. Поэтому применение этих материалов в авиационных конструкциях пока ограничено.

1Н/мм²=1∙10⁶ Па = 1МПа;                   1кгс/мм² = 9,81∙10⁵ Н/м²= 9,81 МПа.

Пример:     43 кГ/мм² = 430 МПа.

1.  Свойства алюминия.

Характерные свойства алюминия — высокая пластичность и малая прочность. Прокатанный и отожженный алюминий высокой чистоты имеет σ_в = 58 МПа; σ_0,2 = 20 МПа; твёрдость 25 НВ, относительное сужение после разрыва ψ = 85%, относительное удлинение после разрыва δ = 40%; имеет большую удельную прочность σ_в / γ.