Композиционные материалы и их использование в качестве конструкционных элементов, страница 5

К. Прево из Объединенного центра технологических исследований, Р. Шетти из Zimmer, lnc. и одного из авторов статьи (Цоу).

полимерной матрицы, требуют применения в качестве матриц материалов другого типа; часто такими материалами оказываются металлы. Кроме высокой теплостойкости металлическая матрица имеет ряд других преимуществ. Ее более высокая прочность дополняет прочность армирующих волокон, а высокая пластичность придает композиту ударную вязкость. При замене полимерной матрицы металлической приходится «жертвовать», во-первых, плотностью (даже несмотря на то, что для матриц чаще всего используют самые легкие металлы — алюминий, магний и титан) и, во-вторых, простотой производства. Производство многих новых композитов с полимерной матрицей стало вполне обычным процессом, тогда как разработка технологии получения композитов с металлической матрицей происходит гораздо медленнее. Частично это объясняется экстремальными условиями, необходимыми для введения высокопрочных волокон в металлическую матрицу.

Наиболее очевидный путь — пропитка волокон металлическим расплавом — требует чрезвычайно высоких температур. Из-за этого такой процесс связан с большим риском: высокая температура может вызвать протекание поверхностных химических реакций между волокном и матрицей. Если протекание реакции ограничивается тонким слоем, то такие реакции могут упрочнить связь между волокном и матрицей, однако если слой, затронутый химической реакцией, достаточно широк, продукты реакции могут, во-первых, ослабить эту связь, а во-вторых, разрушить и волокна, и матрицу.

изготовления композитов, не требую-

Чтобы свести к минимуму такие процессы, были разработаны методы

НЕПРЕРЫВНЫЕ

ВОЛОКНА

ИЗГОТОВЛЕНИЕ композиционного материала с полимерной матрицей начинается с непрерывных нитей армирующего материала. При производстве перспективных композитов (вверху) волокна сматываются с 60бин, выпрямляются и после поверхностной обработки, улучшающей адгезию матрицы, они поступают в ванну, где покрываются полимерной смолой. Затем их соединяют в ленту или лист, а из лент и листов собирают материал, имеющий слоистую структуру (вверху справа). При другой технологии производства пропитанные смолой волокна наматываются на определенную сложную форму. Этот процесс называют намоткой (в середине справа). Затем обычно намотанный материал отверждают. Выпускаемые промышленностью пластики, упрочненные короткими волокнами, часто производят методом листового прессования (внизу справа). Упрочняющие волокна измельчают и засыпают в слой пастообразного матричного материала. Сверху измельченные волокна покрывают другим слоем матричной пасты. Полученный лист уплотняется между роликами вальцов. После этих процессов композит остается еще пластичным, его формуют и отверждают.

щие столь высоких температур. В одном из таких методов — методе диффузионного связывания матричный металл наносят на волокно в виде фольги или порошка, а образование композита происходит под высоким давлением; при этом температура остается ниже температуры плавления металла. Процессом, приводящим к образованию композиционного материала, здесь служит диффузия атомов металла. Даже при низких температурах диффузионного связывания между алюминиевой или маг-

ПО               ОСТ НАЯ

ОБРАБОТКА

СМОЛА

ПРОКЛАДОЧНАЯ

БУМАГА

НОСИТЕЛЬ

ПАСТООБРАЗНАЯ

НЕПРЕРЫВНЫЕ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЬ СМОЛА