Углерод-углеродные композиционные материалы

Углерод-углеродны е композиционны е материалы (УУКМ) АРМИРУЮЩИЕ КАРКАСЫ ПЛЕТЕННЫЙ КАРКАС ИЗ НИТИ Углеродное волокно на специальном приспособлении из спиц последовательно укладывается между спицами при помощи рапиры до нужной высоты каркаса. Затем за каждую спицу послойно цепляется волокно и протягивается третья координата. Получается трехнаправленная структура каркаса. Рисунок 2 – Многомерная схема армирования углеродного волокнистого каркаса Трехмерная схема плетения, а при необходимости и многомерная, получаемая за счет протягивания волокон по диагоналям многогранника, позволяет получить нужную схему армирования в заданном направлении, т.е. проектировать материал. Рисунок 1 – Изготовление плетеного каркаса из углеродной нити 2 АРМИРУЮЩИЕ КАРКАСЫ МОТАНЫЙ КАРКАС Каркас получают методом намотки углеродной ткани на металлическую оправку с последующей фиксацией слоев ткани углеродной нитью. Примером УУКМ на основе мотанного каркаса является материал Арголон-2Д-Н. Рисунок 3 – Эскиз мотаного каркаса 1 – стальная оправка 2 – слой графитовой фольги «Графлекс» 3 – мотаная заготовка высотой 4 – углеродная нить 3 АРМИРУЮЩИЕ КАРКАСЫ ТКАНО-ПРОШИВНОЙ И ТРИКОТАЖНЫЙ КАРКАС Ткано-прошивной каркас изготавливается методом прошивки слоев углеродной ткани углеродной нитью. Количество слоев определяется необходимой толщиной заготовки. Примером УУКМ на основе такого каркаса является «Арголон-2Д-П. Пример трикотажного каркаса - Арголон-2D-Т. Технология изготовления материала «Арголон-2D-Т» аналогична процессу изготовления материала «Арголон-2D-П». Рисунок 4 – Эскиз ткано-прошивного каркаса 4 АРМИРУЮЩИЕ КАРКАСЫ СТЕРЖНЕВОЙ КАРКАС. ПУЛТРУЗИЯ Рисунок 5 – Схема процесса пултрузии Рисунок 5 – Шпулярники с бобинами углеродной нити Рисунок 5 – Пропиточная ванна Рисунок 6 – Прохождение пропитанной углеродной нити через профилирующую 5 фильеру Рисунок 7 – Прохождение сформированного стержня через ленточный привод Рисунок 8 – Выход изготовленного стержня после разрезного механизма 6 АРМИРУЮЩИЕ КАРКАСЫ СТЕРЖНЕВОЙ КАРКАС Рисунок 12 – Оснастка для изготовления стержневых каркасов Рисунок 14 – Стержневой углепластиковый каркас в процессе сборки Рисунок 12 – Схема принципиального расположения стержней в каркасе 7 ГАЗОФАЗНЫЙ МЕТОД ФОРМИРОВАНИЯ ПИРОУГЛЕРОДНОЙ МАТРИЦЫ Процесс формирования пироуглеродной матрицы исходного углеродного каркаса осуществляется по механизму инфильтрации молекул углеводородов (метан, ацетилен и др.) в поры каркаса и их разложением с последующем образованием матрицы. Типы газофазны х процессов при формировании пироуглеродной матрицы: 1. Изотермический (предусматривает пропускание углеродосодержащего газа над нагретой поверхностью каркаса при умеренных давлениях газа); 2. Термоградиент ны й (предусматривает пропускание углеродосодержащего газа через армирующий каркас при наличии градиента давлений и температур по толщине каркаса). Факторы , влияющие на качество процесса насыщения пироуглеродом: 1. Температура процесса 2. Давление 3. Вид сырья (углеводорода) 4. Время процесса 5. Площадь поверхности каркаса 6. Концентрация углеводорода 7. Объем реакционной зоны 8 ЖИДКОФАЗНЫЙ МЕТОД ФОРМИРОВАНИЯ УГЛЕРОДНОЙ МАТРИЦЫ Рисунок 15 – Внешний вид установки пропитки пеком ОАО «Композит» Температура процесса – 250 - 280 °С Рисунок 16 – Внешний вид установки карбонизации ОАО «Композит» Температура процесса – 1000 °С 9 ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ОБРАБОТКА (ГРАФИТАЦИЯ) УУКМ Температура процесса – до 2200 °С Рисунок 17 – Установка высокотемпературной обработки (графитации) ОАО «Композит» 10 СИСТЕМА КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА МКУ 4М-7 Входной контроль сырья Контроль качества УП стержней Рентгенконтроль УП каркаса Контроль плотности заготовок (после п/к и ВТО) Окончательны й контроль качества заготовок ВХОДНОЙ КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА СЫРЬЯ Углеродная нить Поливиниловы й спирт Каменноугольны й пек  Определение линейной плотности  Массовая доля летучих веществ  Температура размягчения  Определение объемной массы  Динамическая вязкость 4 %-го раствора при 20 °C  Массовая доля веществ, нерастворимых в толуоле (α-фракция)  Массовая доля ацетатных групп  Массовая доля веществ, нерастворимых в хинолине (α1-  Определение массовой доли аппрета фракция)  Испытание на разрыв петлей  Растворимость в воде  Выход летучих веществ  Зольность 11 ОКОНЧАТЕЛЬНЫЙ КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ЗАГОТОВОК - Рентген-конт роль заготовки; - Испы т ание на определение ист инной плот ност и материала методом пикнометрии; - Испы т ание на раст яж ение; - Испы т ание на сж ат ие; - Испы т ание на изгиб; - Испы т ание на определение ТКЛР; - Испы т ание на определение теплопроводност и. Рисунок 18 – Макетный образец УУКМ МКУ4М-7 12 ЗАГОТОВКИ УУКМ Рисунок 20 – Заготовки из материала «Арголон-2D-Н» Рисунок 21 – Заготовка из материала «Арголон-2D-Т» 13 ЗАГОТОВКИ УУКМ Рисунок 18 – Заготовка УУКМ МКУ4М-7 Рисунок 19 – Заготовки из материала «Арголон-2D-П» 14 РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА . А.И. Мелешко, С.П. Половников «Углерод. Углеродные волокна. Углеродные композиты» . Ю.Г. Бушуев, М.И. Персин, В.А. Соколов «Углерод-углеродные композиционные материалы» . А.Г. Щурик «Искусственные углеродные материалы» . В.И. Костиков, А.Н. Варенков «Сверхвысокотемпературные композиционные материалы» . А.С. Фиалков «Углеграфитовыпе материалы» . Т.В. Комарова, С.В, Вержичинская «Углеродные материалы» 15 СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ ! 16