автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.06, диссертация на тему:Волоконная технология намотки изделий из армированных термопластов

ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР МЕТОДОВ ПЕРЕРАБОТКИ АРМИРОВАННЫХ ТЕРМОПЛАСТОВ НАМОТКОЙ.

1.1 Характеристика технологических процессов с преднамоточной пропиткой.

1.2 Характеристика технологических процессов с посленамоточной пропиткой.

1.2.1 Посленамоточная пропитка расплавом матричных волокон.

1.2.2 Посленамоточная пропитка мономерами.

1.3 Характеристика принципиальной возможности совмещения основных операций намотки.

1.4 Основные задачи по разработке и совершенствованию технологического процесса волоконной одностадийной намотки армированных термопластов.

2. МАТЕРИАЛЫ, ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1 Материалы

2.2 Экспериментальное обеспечение.

2.3 Методы исследования.

2.3.1 Определение температуры плавления капронового моноволокна.

2.3.2 Нанесение модификаторов на поверхность армирующих нитей.

2.3.3 Определение содержания компонентов в материале и расчёт пористости.

2.3.4 Растровая электронная микроскопия.

2.3.5 Подготовка образцов для растровой электронной микроскопии.

2.3.6 Изготовление кольцевых образцов.

2.3.7 Метод озонолиза.

2.3.8 Стандартные методики.

3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ВОЛОКОННОЙ ОДНОСТАДИЙНОЙ НАМОТКИ.

3.1 Модель нагрева ровницы.

3.2 Модель пропитки и монолитизации.

3.3 Взаимосвязь параметров физико-математической модели.

4. МАТЕРИАЛОВЕДЧЕСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ВОЛОКОННОЙ ОДНОСТАДИЙНОЙ НАМОТКИ.

4.1 Классификация технологических параметров одностадийной намотки.

4.2 Влияние кинематических параметров на физико-механические характеристики АТ.

4.2.1 Влияние скорости намотки.

4.2.2 Влияние скорости поперечного перемещения материала.

4.3 Влияние силовых технологических параметров на физико-механические свойства АТ.

4.3.1 Влияние усилия прижима фиксирующего ролика.

4.3.2 Влияние усилия прижима прикаточного ролика

4.3.3 Влияние усилия натяжения.

4.4 Влияние температурных параметров на физико-механические характеристики АТ.

4.4.1 Влияние температуры горячего воздуха на физико-механические характеристики АТ.

4.4.2 Влияние температуры фиксирующего ролика на физико-механические характеристики АТ.

4.4.3 Влияние температуры прикаточного ролика на физико-механические характеристики АТ.

4.4.4 Зависимость температуры воздуха от расстояния до сопла обогревателя.

4.4.5 Изменение температуры материала при увеличении толщины получаемого изделия.

4.5 Влияние изменения объёма армирования на свойства АТ.

4.6 Влияние порядка распределения волокон на свойства АТ.

Объёмы применения армированных термопластов (АТ) в различных областях техники в мире неуклонно растут. Это объясняется тем, что АТ имеют целый ряд выдающихся эксплуатационных, технологических и экологических преимуществ по сравнению с термореактивными- аналогами. Сюда следует отнести, в первую очередь, высокие значения деформативности, вязкости разрушения, ударной прочности. Кроме того, АТ отличаются высокой стойкостью к агрессивным средам, повышенными диэлектрическими и триботехническими свойствами, неограниченной жизнеспособностью препрегов и полуфабрикатов, дают возможность значительно сокращать время технологического цикла. Важными преимуществами являются также возможность вторичной переработки отходов АТ, локального устранения дефектов, быстрой сборки элементов конструкций из АТ при помощи сварки, а также экологическая чистота производства.

Однако темпы их внедрения не всегда удовлетворительны. Поэтому в настоящее время над разработкой и совершенствованием АТ с заданными свойствами, а также над расширением их применения в различных областях техники работает большое отечественных и зарубежных исследователей.

Одной из основных проблем, сдерживающих применение АТ и не позволяющих полностью реализовать их физико-механические свойства в изделиях, является неэффективность переработки способами, разработанными ранее для отверждающихся армированных пластиков. Наиболее полно это проявляется на примере намотки, которая изначально предназначалась для формирования заготовок изделий из препрегов в «сухом» или «мокром» вариантах исполнения.

Попытки полностью воспроизвести технологические процессы (ТП), основанные на известных вариантах намотки при использовании армированных термопластов либо теряют смысл (например, из-за упразднения операции отверждения при автоклавном или ином формовании), либо нецелесообразны изза существенного отличия технологических возможностей термопластичных и отверждающихся связующих. Вместе с тем, продолжаются попытки применять прогрессивный способ намотки для формования изделий из АТ, оставляя при этом незыблемым принцип его осуществления, то есть, изготавливая сначала препреги в качестве исходного полуфабриката.

Однако высокая вязкость расплава термопластов, по сравнению с термореактивными связующими, является серьёзным препятствием для пропитки армирующего наполнителя. Проблему при изготовлении препрегов решают во всём мире различными способами, но все они имеют весьма существенный недостаток в том, что в ходе ТП предопределяют неоднократное воздействие повышенной температуры и давления на компоненты АТ, вследствие чего происходит ухудшение характеристик материала в изделии. Кроме того, к недостаткам таких ТП следует отнести продолжительное время технологического цикла, большие энергозатраты, необходимость в дополнительных средствах технического оснащения и высокую материалоёмкость производства.

Вместе с тем, некоторые из отмеченных недостатков были устранены, например, при прессовании, применением твердофазного совмещения компонентов АТ на основе принципов «волоконной технологии». Нами было сделано предположение, что распространение твердофазного совмещения компонентов на намотку позволило бы реализовать и при переработке АТ такие её достоинства, как неограниченность размеров изделий, высокую производительность, возможность автоматизации технологических операций и наиболее полную реализацию свойств армирующей фазы за счёт регулируемого натяга. Таким образом, средствами материаловедения удалось бы решить актуальные проблемы современного машиностроения.

В связи с этим целью диссертации явилась разработка и исследование волоконной технологии намотки армированных термопластов, совмещающей в одной технологической операции, выполняемой на оправке, процессы пропитки армирующих волокон, монолитизации композиционного материала и формования изделия.

В ходе выполнения работы получены следующие научные результаты:

- создана волоконная технология намотки армированных термопластов, совмещающая в одной технологической операции, выполняемой на оправке, процессы пропитки армирующих волокон, монолитизации композиционного материала и формования изделия.

- предложена физико-математическая модель волоконной намотки, учитывающая динамический характер осуществления пропитки армирующей фазы расплавом термопластичных волокон;

- установлены функциональные зависимости структуры и физико-механических свойств армированных термопластов от технологических параметров волоконной намотки, распределения волокон на оправке, изменения объёма армирования и регулирования межфазного взаимодействия;

- предложена классификация современных методов формования изделий из АТ с применением намотки, подразделяемых по признаку очередности выполнения операции пропитки армирующей фазы.

К практическим результатам выполненной работы относятся:

- создание и успешное испытание в лабораторных условиях конструкции оригинальной намоточной установки, оснащённой приспособлениями для формования изделий волоконной намоткой с заданными схемами армирования АТ;

- разработка типовой технологической операции формования трубчатых изделий из АТ волоконной намоткой, защищенной патентом РФ;

- получение образцов намотанных изделий из стеклополикапроамида с пористостью 3 об. %, коэффициентами реализации свойств армирующей фазы по прочности при растяжении - 107 %, по модулю упругости - 101%;

- разработка технико-экономического обоснования трудо-, материало- и энергосбережения как основы для снижения себестоимости изделий из AT в 2 - 3 раза и уменьшения трудоёмкости на 20 % по сравнению с традиционной технологией.

Теоретические и экспериментальные исследования выполнены автором в «МАТИ» - РГТУ им. К.Э. Циолковского и на базе Лаборатории армированных пластиков ИХФ РАН им. H.H. Семёнова. Настоящая работа явилась частью исследований, проводимых в лаборатории при разработке темы «Поисковые исследования по созданию перспективных полимерных композиционных материалов» (шифр темы «Угамак - 2 - АН»). Заказчиком темы является СПП РАН и в/ч 57275, Головным исполнителем - ИХФ РАН. Основанием для работы является Постановление Правительства РФ № 227-15 от 2,03.96 года.

Результаты работы докладывались на нескольких научных конференциях:

• XXII, XXIII, XXIV, XXV Гагаринские чтения;

• Научно-технические конференции «Новые материалы и технологии» (1997, 1998 год);

• Научно-технические конференции ИХФ РАН им. H.H. Семёнова (1997, 1998, 2000 год);

• Международной научно-технической конференции «Слоистые композиционные материалы - 98» в г. Волгограде (1998 год);

• Международной научно-технической конференции «Славполиком - 99» в г. Киеве (1999 год);

• 9-ой международной научно-технической конференции «Механика и технология композиционных материалов» в г. Софии (Болгария, 2000 год); а также публиковались в журналах:

• «Пластические массы» № 3, 1997;

12

• «Конструкции из композиционных материалов» № 1, 2000;

• сборниках тезизов и докладов вышеназванных конференций.

Кроме того, работа защищена патентом № 2152306 «Способ изготовления изделий из термопластичных композиционных материалов методом намотки» от 10 июля 2000 года.

Основное содержание работы отражено в 14 работах (в том числе 3 статьях), приведённых в общем списке литературы.

Диссертация состоит из введения, 6 глав, основных выводов, списка литературы и Приложения. Общий объём работы 198 страниц, в том числе 145 страниц машинописного текста, 62 рисунка, 34 таблицы. Список литературы включает 122 наименования. Кроме того, имеется Приложение из 15 разделов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.

1. Разработана и исследована технология волоконной одностадийной намотки армированных термопластов, совмещающая в одной технологической операции, выполняемой на оправке, процессы пропитки армирующих волокон, монолитизации композиционного материала и формования изделия.

2. Осуществлено физико-математическое моделирование волоконной одностадийной намотки с учётом динамического характера процесса пропитки армирующей фазы расплавом термопластичных волокон, позволившее определить изменённый состав технологических параметров одностадийной намотки, описать взаимосвязь и функциональную роль этих параметров в управлении технологической операцией намотки.

3. Оптимизированы технологические параметры волоконной одностадийной намотки: установлена зависимость температуры нагрева полуфабриката и глубины пропитки армирующих волокон от общего технологического параметра этих процессов - скорости намотки.

4. Установлено влияние динамического характера прикатки полуфабриката на качество пропитки армированных термопластов, что обусловило необходимость коррекции расчётного уравнения предложенной физико-математической модели соответствующим коэффициентом (Кп), который в данных конкретных условиях одностадийной намотки оказался равным 1,7.

5. Предложена новая классификация современных методов формования изделий из АТ с применением намотки, подразделяемых по признаку очерёдности выполнения основной операции - пропитки армирующих волокон, что расширило поиск направлений для совершенствования их технико-экономических показателей.

6. Впервые сконструированы, смонтированы и усовершенствованы в ходе эксплуатации установка и соответствующие сменные приспособления для формования изделий волоконной одностадийной намоткой с различными схемами армирования АТ, которые могут явиться в дальнейшем прототипами для конструирования промышленных установок.

7. Установлено, что предложенная схема аэродинамической термообработки армирующих волокон непосредственно перед прикаточным роликом позволяет добиваться эффективной очистки их поверхности от замасливателя и других адсорбатов, способствуя эффективному смачиванию и образованию низкопористого АТ (Упор = 3 об.%), что наряду с сокращением общего периода нагревания его компонентов обеспечивает повышение свойств изделий, в частности, прочности при растяжении и изгибе на 20 - 30 %, модулю упругости на 15 %.

8. Спроектирована и исследована на примере формования трубчатых изделий из поликапроамидного стеклопластика типовая технологическая операция (ТТО) волоконной одностадийной намотки, принцип которой защищен патентом, а технико-экономические показатели, по сравнению с известной 2-х стадийной намоткой препрегов, более совершенны - по трудоёмкости на 20% и по себестоимости выполнения данной части ТП в 2 - 3 раза, что предопределяет потенциальному предприятию-изготовителю соответствующее повышение рентабельности производства.

5.3. Заключение.

В ходе данного исследования были выявлены максимальные показатели качества АТ в изделиях, и проведено их сравнение с аналогичными показателями, полученными для изделий, изготовленных типовыми способами.

При оценке качества в показателях назначения (физико-механические характеристики), в частности, при исследованиях взаимодействия на границе раздела фаз, были обнаружены широкие возможности одностадийного метода по очистке и, следовательно, совершенствованию поверхности армирующего стеклонаполнителя. Данные возможности тем более ценны, что позволяют добиваться повышения качества изделий, не увеличивая технологический цикл, то есть, не вводя отдельную операцию термообработки.

Кроме того, установлен тот факт, что нанесение на поверхность стеклонаполнителя аппретирующих составов и создание, так называемых, промежуточных слоев не даёт ожидаемого эффекта из-за термического разрушения силановых аппретов при воздействии напряжённых условий одностадийной намотки, а также негативного влияния растворителей при нанесении промежуточных слоёв на стекловолокно.

Полученные одностадийной намоткой образцы труб при кольцевой и спирально-перекрёстной схеме по своим механическим показателям превысили образцы, полученные обычным двухстадийным способом. Расчёт экономических показателей качества получаемых изделий показал преимущества одностадийной намотки перед традиционными способами по трудоёмкости на 20%, по себестоимости выполнения данной части ТП в 2-3 раза.

Качественные показатели типового трубчатого изделия приведены в таблице

5.6.

Установленные эффективные возможности по совершенствованию качества АТ в изделиях обусловили необходимость определить место нового технологического способа формования среди других современных технологических способов, помимо намотки готовыми препрегами. В настоящее время непрерывно армированные термопласты производятся и перерабатываются

1. Tisne J. L., Bouvard J. Winding with thermoplastic polymers. 3rd Eur. Symp. Spacecr. Mater. Space Environ., Noordwijk, The Netherlands (ESASP 232), Nov. 1985, p. 173 - 178.

2. Композиционные материалы: Справочник / Под ред. В.В. Васильева, Ю.М. Тарнопольского. М.: Машиностроение, 1990, с. 43-49.

3. Шибли A.M. Намотка волокном. Справочник по композиционным материалам. Т.2. Под ред. Дж. Любина. Пер. с англ. М., Машиностроение, 1988, с. 198-238.

4. Andy Youngs Thermoplastic matrix advanced composites materials, properties andthfabrication techniques. Advancing technology i materials and processes. 30 national SAMPE symposium, v. 30. California, March 19-21, 1985, p. 777-785.

5. Бейдер Э.Я. Композиционные материалы на основе термопластичных матриц. Полимерные материалы и технологические процессы изготовления изделий из них. Тез. Докл. Межд. НК. Под ред. И.Ф. Образцова, Э.Ф. Вайнштейна. 4.1. М., 1991, с. 99.

6. Головкин Г.С. Совмещение волокнистых наполнителей с термопластичными связующими (обзор). Пласт, массы, 1984, №12, с. 23 26.

7. Виноградов В.М., Головкин Г.С., Горохович А.И. и др. Технология производства препрегов для ПКМ. Уфа, УГАТУ, 1995 - 92 с.

8. Menges G., Ziegler G. Faserverbundwerkstoffe. Magazin Neue Werkstoffe, 1989, № 1, s. 26-32.

9. Vavtey P. Les composites structurax a matrice thermoplastique et thermoclurcissable: compraison des propriétés mécaniques. Aeron. Et astronaut, 1990, № l,p. 52-58.

10. Murton N., Mcainich T. The reinforcement of polysulphones and other thermoplastic with continuous carbon fibers. BPE 8-th International reinforced plasties conference. London, 1972, p. 7.

11. П.Зеленский Э.С., Куперман A.M., Лебедева O.B. Армированные пластики на основе термопластичных связующих. Технология: межотр. н.-т. сб. Серия «Конструкции из КМ». М.: ВИМИ, 1991, №1, с.10-20.

12. Щербаков В.Т. Рыбкина Е.Г. Конструкции и технология изготовления изделий из термопластичных композиционных материалов. Технология: межотр. н.-т. сб. Серия «Конструкции из КМ». М., ВИМИ, 1992, № 1, с. 14-18.

13. McMchon Р. Е., Maximovitch М. Development and evalution of thermoplastics carbon fibre prepregs and composites. Advances in composite materials. Paris, 1980, v.2, p. 1163-1170.

14. Першиков B.H. и др. Волокнистые полуфабрикаты на основе химических волокон для технических областей применения. М.: НИИТЭХИМ, 1976. 36с.

15. Зеленский Э.С., Куперман A.M., Горбаткина Ю.А. и др. Однонаправленные армированные пластики (обзор). Высокомол. соед., 1994, т.36, № 4, с. 662-675.

16. Денисов К.А. Ленточные препреги на основе термопластичных матриц для намотки армированных пластиков. Дис. к.т.н. М.: РХТУ, 1995. - 177с.

17. Garret R.A. Effect of manufacturing defects and service-induced damage on the Strenght of aircraft composite structures. Comp. Mater.: Test, and Des. (7th Conf.) -Philadelphia, 1986, p. 5-82.

18. Гуняев Г.М. Структура и свойства полимерных волокнистых композитов. М.: Химия, 1981.-375с.

19. Krawanja А. C-Fasern in Thermoplast-Matrix. Industrie Extra Anzeiger, 1988, № 7, s. 62-66.

20. Калинчев Э.Л., Саковцева М.Б. Свойства и переработка термопластов. Справочное пособие. Л.: Химия, 1983, с. 160.

21. Перепёлкин К.Е., Кудрявцев Г.И. Армирующие химические волокна и композиционные материалы на их основе. Химические волокна, 1981, №5, с. 5-12.

22. Berlin G.R., Brewster J., Cogswell F.N. Carbon fibre reinforced polyetheretherketone. SAMPE Conf., Stresa, 1982, p.405-408.

23. Головкин Г.С., Шибанов A.K., Степанова М.И. Технологические особенности производства полисульфонового углепластика. Композиционные материалы в конструкциях глубоководных технических средств. Николаев, НКИ, 1991, с. 19-20.

24. Волоконная технология переработки термопластичных КМ. Под ред. Головкина Г.С. М.: МАИ, 1993.-232 с.

25. Лебедева О.В., Куперман A.M., Пучков Л.В. Армированные пластики на основе термопластичных связующих. Полимеры 90. Черноголовка, 1991, т.2, с. 166-170.

26. Гончаренко В.А. Критерий определения механизма сплавления свариваемых поверхностей термопластичных материалов. Новые материалы и технология. Тез. докл. Рос. НТК. М.: МАТИ, 1997, с. 213.

27. Гончаренко В.А., Палыга Р.Б. Оптимизация технологического режима послойного формования изделий из ТКМ. Технология: межотр. н.-т. сб. Серия «Конструкции из КМ». М.: ВИМИ, 1993, №1, с. 18-22.

28. Тростянская Е.Б., Головкин Г.С., Шибанов А.К. Достижение направленной анизотропии в изделиях из термопластов. Повышение качества изделий, изготовляемых из ПМ. Тез. докл. Респ. НТК. Киев, 1977, с. 9 - 10.

29. Головкин Г.С., Шибанов А.К. Армирование термопластов непрерывными волокнами. Пласт, массы, 1978, №11, с. 38-39.

30. Neise Е. Verarbeitung Iangfaserverstarkter Thermoplaste/ Indust. Anzeiger, 1987, s. 14-17.

31. Головкин Г.С., Дмитренко В.П. Однонаправленный ПА-стеклопластик. Пласт, массы, 1981, №2, с.58.

32. Головкин Г.С., Дмитренко В.П. Орентированный пластик на основе волокна фенилон. Пласт, массы, 1981, №6, с. 62-63.

33. Головкин Г.С., Рыбкина Е.Г. Проектирование тканых полуфабрикатов по заданным конструкторским и технологическим требованиям к изделию. Деп. ВИМИ сб. Серия «XII», №5, 1985.

34. Eichenauer V., Armansperg М. Thermoplastic composites. Forcing the pace of change. Mater. Edge, 1990, №9, p. 34 37.

35. Golovkin G. PCM semifinisched products obtained by solidphase combination of components. Composite manufacturing technology. Ed. by A.G. Bratukhin, V.S. Bogolubov London, Chapman and Hall, 1995, p. 51 -64.

36. Головкин Г.С., Дмитренко В.П., Глазунова О.А. и др. Совершенствование тканых полуфабрикатов для производства термопластичных органоволокнитов. Химическая технология, 1981, №6, с.9 12.

37. Головкин Г.С. Полимер-полимерные анизотропно армированные композиции на термопластичной основе. Полимер-полимерные композиции в народном хозяйстве. М.: МдНТП, 1981, с. 118 - 123.

38. Айзинсон И.Л., Восторгов Б.Е., Кацевман M.JI. и др. Полимеризационное наполнение термопластов. Основные направления развития композиционных термопластичных материалов. М.: Химия, 1988 - 42 с.

39. Saatchi H. Isoclave isostatic in-situ fabrication on thermoplastic composite sandwich structure. 35th International SAMPE simposium. April 2-5, 1990, p. 245 -255.

40. Малкин А.Я. Получение полимерных изделий реакционного формирования. Научные принципы. Прогрессивные полимерные материалы, технология их переработки и применение. Тез. докл. НТК. Ростов-на-Дону, 1994, с. 23 - 24.

41. Головкин Г.С., Павловский Д.В. Проблемы переработки ТКМ намоткой. XXII Гагаринские чтения. Тез. докл. МНК. М.: МГАТУ, 1996, с. 109 - 110.

42. Головкин Г.С., Павловский Д.В. Одностадийная намотка изделий из ТКМ. Новые материалы и технология. Тез. докл. Росс. НТК. М.: МАТИ-РГТУ, 1997, с. 202.

43. Попов А.Г., Хмельницкий А.К. Исследование прочности углепластиков в конструкциях, изготовленных методами намотки и выкладки. Технология. Межотр. н-т. сб. Серия «Конструкции из КМ». М.: ВИМИ, 1992, №2 - 3, с. 22 -25.

44. Головкин Г.С., Павловский Д.В. Производство и переработка непрерывно армированных термопластов намоткой (обзор). // Пластические массы, 1997, №3, с. 42 48.

45. Нащокин B.B. Техническая термодинамика и теплопередача: Уч. пос. для вузов -М.: Высш. школа, 1980. -469с.

46. Исаченко В.П. и др. Теплопередача: Учебник для вузов. М.: Энергоиздат, 1981.-416с.

47. Тальвик Р.Я., Левин А.Н. Исследования некоторых технологических характеристик стеклонаполнителей // Пласт, массы, 1966, №4, с. 51 55.

48. Головкин Г.С., Павловский Д.В. Установка для одностадийной намотки изделий из ТКМ. XXIV Гагаринские чтения. Тез. докл. МНК. М.: МГАТУ, 1998, с. 22-23.

49. Гончаренко В.А. Пропитка пучка волокон под действием внешнего давления // Новые материалы и технология. Тез. докл. Рос. НТК. М.: МАТИ, 1997, с. 207.

50. Ли В.И., Спринджер Г.С. Моделирование технологического процесса производства термопластичных связанных композиционых материалов. Journal of Composite Materials, 1987, Vol. 21, XI, p. 1017- 1055.

51. Дмитренко В.П., Тен Л.В., Болотников Ю.Н. Математическое моделирование процессов переработки термопластичных полимерных композитов с использованием волокнистых полуфабрикатов // Слоистые КМ-98 Сб. тр. Межд. Конф., Волгоград, 1998, с. 79 - 81.

52. Ставров В.П., Кременевская Е.И. Эффективность пропитки волокнистых наполнителей расплавом термопластичных полимеров // Сб.: Ресурсосберегающие и экологически чистые технологии. ч. I I - Гродно, 1997, с. 140- 145.

53. Рабинович А.Л. Введение в механику армированных полимеров. М.: Наука, 1970-305с.

54. Гончаренко В.А. Затекание полимерного связующего в межволоконный зазор под действием внешнего давления. // Новые материалы и технология. Тез. докл. Рос. НТК. М.: МАТИ, 1997, с. 206.

55. Гончаренко В.А. Радиальное сжатие вязкого цилиндра // Новые материалы и технология. Тез. докл. Рос. НТК. М.: МАТИ, 1997, с. 208.

56. Гончаренко В.А. Уплотнение пакета (фильтрация связующего в осевом направлении межволоконного пространства) // Новые материалы и технология. Тез. докл. Рос. НТК. М.: МАТИ, 1997, с. 209.

57. Гончаренко В.А. Уплотнение пакета (межслоевая фильтрация связующего) // Новые материалы и технология. Тез. докл. Рос. НТК. М.: МАТИ, 1997, с. 210.

58. Савицкий A.B., Ляшков А.И., Горшкова И.А. Композиционные препреги на основе термопластов // Химические волокна, №3, 1994, с. 36-38.

59. Паймушин В.Н., Сидоров И.Н. Математическое моделирование процессов создания волокнистых композиционных материалов и тонкостенных элементов конструкций силовой намоткой. Механика композитных материалов. 1990, №4, с. 724 732.

60. Тадмор 3, Гогос К. Теоретические основы переработки полимеров. М.: Химия, 1984.-628с.

61. Eric Beyeler, Walter Phillips. Experimental Investigation of Laser-Assisted Thermoplastic Tape Consolidation. Journal of Thermoplastic Composite Materials, Vol. 1 January 1988, p. 107-121.

62. Пат. 2053124 РФ, МКИ В 29 С 53/72.

63. Пат. Германия, DE 3301 345 AI. Verfahren zur Herstellung von Wickelkörpern aus faserverstärkten thermoplastischen Kunststoffen.

64. Иванов M.B., Занегин В.Д., Григорьев П.И., Фадеева В.М., Герасимов В.И. Свойства и структура статически нагруженных ориентированных образцов поликапроамида. Высокомолекулярные соединения, Том (А) XXXI, 1989, №10, с. 2165-2172.

65. Инглиш JI.K. Новый метод изготовления термопластичных композиционных материалов // Materials engineering, 1989, Vol. 106, №1, p. 43 46.

66. Когсвелл Ф.Н., Лич Д.С. Микроструктура и свойства композиций термопластов, армированных непрерывными волокнами // Composites, 1983, №6, р. 54 57.

67. Шевчук A.A., Леонтьев В.Н., Крыжановский В.К. Расчёт производительности процесса получения препрегов принудительной пропиткой тканей расплавами полимеров. Пластические массы, 1990, №9, с. 45 48.

68. Р. Штольце. Техника пропитки термопластов, армированных арамидным и углеродным волокном // Kunststoffe, 1988, Vol.78, №2, p. 126-191.

69. Волохина A.B. Высокопрочные синтетические нити для армирования термопластичных органопластиков конструкционного назначения. (Обзор) // Химические волокна, №3, 1997, с. 44 53.

70. Квазистатическая теория замороженной деформации в термопластических плёнках. Journal of Applied Physics, 1979, v. 50, №2, p.886 892.

71. Измерение усадок для определения состояний ориентации в аморфных термопластах. Kunststoffe, 1973, v. 63, №1, p. 41 45.

72. Армированные стекловолокном термопласты: ПА 6 и ПП. Miskolci А, Michalicek CSVTS. Cheskoslovenska vedecko technicka spolecnost. Sklom vystuzenepiasticke hmoty,1986, s.l.

73. Изготовление и свойства ТПКМ, армированных длинными стекловолокнами. Vanek P. et. al. SKZOM. Vystuzene piasticke hmoty (1988, Trnava). Zbornik prednasok, p. 25 32.

74. KM на основе длинноволокнистых армированных конструкционных ТП. Chen Chi M. National SAMPE Symposium and Exhibition (30, 1985; Covina) Proceedinyg Anheim, vol. 30. p.543 - 555.

75. Теплофизика и теплотехника. Под ред. А.Ш. Дорфмана, В.П. Дущенко. -Наукова думка, Киев, 1964 82 с.

76. Торнер Р.В. Основные процессы переработки полимеров. М.: "Химия", 1972, с. 329-400.

77. Методика определения проницаемости ровниц при воздействии динамических факторов. Головкин Г.С. Павловский Д.В. // Всероссийская научно-техническая конференция «Новые материалы и технологии 98». М.: МАТИ-РГТУ им. К.Э.Циолковского, 1998, с. 114.

78. Заявка 98124006/25, РФ, МКИ 7 В 29 С 53/56.

79. Тагер А.А. Физикохимия полимеров. М.: «Химия», 1978. - 544с.

80. Сухарев В.А., Матюшев И.И. Расчёт тел намотки. Москва, Издательство «Машиностроение», 1982, с. 98.

81. Изучение стеклопластиков на основе поликапроамида, полученных намоткой по волоконной технологии. Д.В.Павловский, А.М.Куперман, Э.С.Зеленский // Научно-техническая конференция ИХФ РАН им.Семёнова Н.Н. тезисы докладов, 1997, с.53.

82. Зависимость свойств армированных термопластов от способа переработки намоткой. Головкин Г.С. Павловский Д.В. «XXIII Гагаринские чтения» Всероссийская молодёжная научно-техническая конференция.Тезисы научной конференции. Москва 1997, с.155-156.

83. Изучение термопластичных композиционных материалов, полученных по волоконной технологии намоткой. Павловский Д.В., Головкин Г.С., Зеленский

84. Э.С., Куперман A.M. 11 Сборник трудов международной конференции «Слоистые композиционные материалы-98». Волгоград 1998, с. 323-325.

85. Одностадийная намотка стеклопластиков по волоконной технологии. Д.В. Павловский, Г.С. Головкин, Э.С. Зеленский, A.M. Куперман // Научная конференция ИХФ им. H.H. Семёнова РАН. Тезисы конференции, 1998, с. 70.

86. Цыплаков О.Г. Конструирование изделий из композиционных материалов. -М., 1982, с. 140.

87. Комков М.А., Буланов И.М. Определение конструктивно-технологических параметров оболочек, намотанных из композиционных материалов. -Издательство МГТУ, 1992. 84с.

88. Однонаправленные композиционные материалы с термопластичной матрицей и их применение. Informations Chimie. 1984. №249, p. 139- 143.

89. Получение соединений плавлением термопластичных композиционных материалов контактным свариванием. SAMPE. Journal. 1990. - №1 - 2. р. 59 -66.

90. Прогресс в технологии КМ: Термопластичные высококачественные композиционные материалы. Post L., Dreumel W. H. M. из Composites. 1986. №3. p. 132- 136.

91. Les thermoplastiques renforcent la gamme matériaux composites /Tailleur J. P.// Usine nouv. - 1998. - Hors serie nov. - c. 74 - 75.

92. Пат. 9213884 Франция МКИ В 29 С 67/14, С 03 В 27/02. Roncato Giordono;

93. Procédé et dispositif de formation d'un fil composite.

94. Пат. 5236972 США, МКИ С 08 L 61/00, С 08 L 71/00. Reihart Theodore J.;

95. Thermoplastic powder slurry for fiber impregnation and film formation.

96. Практикум по химии и физике полимеров. Кузнецов Е.В., Дивгун С.М., Бударина Л.А., Аввакумова Н.И., Куренков В.Ф. М.: «Химия», 1977. -255с.

97. Армированные пластики / В.А. Бунаков, Г.С. Головкин, Г.П. Машинская и др.; Под ред. Г.С. Головкина, В.И. Семёнова. М.: Изд-во МАИ, 1997. -404с.

98. Г.В. Моцарев, М.В. Соболевский, В.Р. Розенберг. Карбофункциональные органосиланы и органосилоксаны. М.: «Химия», 1985. - 125с.

99. Головкин Г.С., Виноградов В.М. и др. Практикум по технологии переработки пластических масс. М.: «Химия», 1980. - 240с.

100. Плюдеман Е. Композиционные материалы. Под ред. J1. Браутмана и Р. Крока, т. 6. Поверхности раздела в полимерных композитах. М.: Мир,1978.-465с.

101. Г.И. Кудрявцев, М.П. Носов, A.B. Волохина. Полиамидные волокна. М.: «Химия», 1976. - 259 с.

102. Тростянская Е.Б. Зона контакта наполнителя с полимерной матрицей в пластиках и КМ. Межотраслевой научно-технический журнал «Конструкции из композиционных материалов». М.: «ВИМИ», №1, 2000, c.l 1.

103. Товмасян Ю.М. Диссертация на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук. Москва. 1984. - 200с.

104. Фрактография и атлас фрактограмм. Справочник. Перевод с англ. Е.А. Шура под ред. M.JI. Бернштейна. -М.: "Металлургия", 1982.- с. 59 61.

105. У.Е. Нелсон. Технология пластмасс на основе полиамидов. М.: "Химия",1979. 250 с.

106. Росато Д.В., Грове К.С. Намотка стеклонитью / Пер. под ред. Гречишкина В. А. М.: "Машиностроение", 1969. - 200с.

107. Симонов Емельянов И.Д., Кулезнёв В.Н. Основы создания композиционных материалов. - М.: МИХМ, 1986. - 86с.

108. Тростянская Е.Б., Виноградов В.М., Якусевич В.И. Снижение остаточных напряжений в изделиях из пластмасс // Пластические массы, 1977, № 1, с. 42 -44.

109. Виноградов В.М., Тростянская Е.Б., Шадчина З.М. Повышение стойкости к растрескиванию стеклопластика с помощью промежуточного слоя // Пластические массы, 1981, № 3, с. 16-17.

110. Виноградов В.М., Тростянская Е.Б., Шадчина З.М. Формирование промежуточного слоя в зоне контакта связующего с наполнителем // Пластические массы, 1979, № 7, с. 13-15.

111. Справочник по КМ: В 2 -х кн. Кн. 1 / Под ред. Дж. Любина: Пер. с англ. А. Б. Геллера, М.М. Гельмонта: Под ред. Б.Э. Геллера М.: Машиностроение, 1988, с. 364-365.

112. O.A. Новикова, В.П. Сергеев Модификация поверхности армирующих волокон в композиционных материалах. К.: Наукова думка, 1989, с. 86 -100.

113. Головкин Г.С. Конструирование композиционных пластиков. В кн. Пластики конструкционного назначения // Под ред. Тростянской Е.Б. М.: Химия, 1974, с. 11-45.

114. Шорохов. В.М, Шевляков A.C. Новая технология получения изделий из ТП, армированных непрерывным волокном // Химическая технология. 1979, № 5, с.18-21.

115. Пат. 2152306, РФ, МКИ 7В 29 С 53/56. «Способ изготовления изделий из термопластичных композиционных материалов методом намотки».

116. Головкин Г.С., Павловский Д.В., Зеленский Э.С., Куперман A.M. Комплексное моделирование одностадийной намотки изделий из армированных термопластов. Межотраслевой научно-технический журнал «Конструкции из КМ». -М.: «ВИМИ», № 1, 2000, с.82 90.

117. УСТ. объёмное содержание наполнителя.

118. VCB. объёмное содержание связующего.

119. Vnop объёмное содержание пор.р плотность образца.

120. Рволокна плотность ВОЛОКНа.обр. в возд. 0,23355 г. Шобр.вв. = 0,10655 г. тт = 22,1528 г. тт. СОбр.= 22,1528 г. mp qo ст 22j3262 г,

121. Р = т0бр. в возд. I Vo6p. = 1,8 г/см3

122. VCT. = (р- тст (%)) / рволокна = (1,8 • 74) / 2,56 = 51% VCB. = (р- тсв.(%)) / рволокна = (1,8 26) /1,14=41%

123. V06p. — тобр. в возд. " тобр. в в.-0,127 см3тсх. = тТ со сх. шт = 0,1734 г.mCB. = шт. с обр. тт. со ст. = 0,07505 г. шст. • 100% / шобр. в В03Д. = 74%шсв. • 100% / mo6p в возд. = 26%

124. VI0p= 100% (Уст + VCB) = 100% - (51% + 41%) = 8%

125. Аналогично рассчитывается пористость всех образцов (данные приведены в таблицах).

126. Испытания на растяжение, (пример расчёта прочности для испытаний материала со стеклонаполнителем,модифицированным полисульфоном)1. Образец № 1

127. Рмах максимальная нагрузка (кг). S - площадь поверхности сечения образца (мм2) h - толщина образца (мм) Н - ширина образца (мм)

128. Предел прочности при разрыве равен о = PMax/2Sce4eHM ; Sce4e„™ = h-H; h средняя толщина по четырём измерениям, мм. Рмах ~ 1700 кг; hcp = 1,05 мм; Н = 10 мм. о = 1700/2 -1,05-10 = 81 кг/мм2 = 810 МПа.

129. Аналогично рассчитывались прочности всех остальных образцов (данные приведены в таблицах).

130. Пример расчёта модуля упругости полученного материала, (пример расчёта модуля для испытаний материала со стеклонаполнителем, модифицированным полисульфоном)1. Образец № 1

131. Еупр. = Рмах • я • Б / 4- е- Ш, ГПа, где

132. Б площадь сечения образца, мм2; Э - диаметр оправки, мм;

133. Рмах нагрузка на участке Ш, кг (рассчитывается из графика Р ((11)); (11 - деформация под нагрузкой, мм

134. Еупр.= 300 • 3,14 • 153 /4- 1,12- 10- 1 = 32 ГПа Аналогично рассчитывались модули упругости всех остальных образцов (данные приведены в таблицах).

135. Аналогично рассчитывались прочности всех остальных образцов (данные приведены в таблицах).

136. Аналогично рассчитывались прочности всех остальных образцов (данные приведены в таблицах).

137. Аналогично рассчитывались деформации всех остальных образцов (данные приведены в таблицах).

138. Пример расчёта прочности трубчатого образца при осевом сжатии. От — РМах / ^ сечения , гДе 8сечения — 71 /4 ' (Е)2 б.2 ), ГДе Б - внешний диаметр трубы, мм; (3 - внутренний диаметр, мм.сечения = 3,14/4 • (812 79,52) = 189 мм2 ат= 6048/ 189 = 320 МПа

139. Пример расчёта прочности трубчатого образца при изгибе. = Рразр • ь / 4 • XV, где Ь длина образца, м;- момент сопротивления, м3, W = к!Ъ2 • ((Б2)2 (ё2)2) / Э

140. W 3,14/4 • (812)2 - (79,52)2/ 81 = 0,003757 м3 оюг. = 50 • 0,115 / 4 ■ 0,003757 = 37 МПа

141. Расчёты по проверке адекватности подмодели нагрева (расчёт соотношения1^рассч. ! Ьэксп. )

142. Т0 = 25° С; р= 1,19 г/см3; со = 2,5 м/с

143. Тм = 210°С; ём = 0,13 мм; уг = 55,46 • 10 6 м2/с .

144. Тл = 290°С; См = 1,4665 Дж/г • °С Х,г = 491 Вт/м • К1. Тт= 250°С; г = 3 с

145. Тг = (Тт + Тд) / 2 = (250 + 290) / 2 = 543 К

146. Яе = ю-с1м / = (2,5 • 0,00013) / 55460000 = 0,0000000000059

147. Уср = 5 мм/с; ц = 2000 Па-с динамическая вязкость.

148. Рмах = 3 • ц • г) / 4Н0 • VII / 2Н0 ■ 2 С (1) = (15- ц • и • А,3) / 2Н0- VII / 2Н0= = (15 • 2 • 1000 • 5 • 0,53) / 2 ■ 0,485 • >/52 / 2 ■ 0,485 = 14 МПа;4 мм;0

149. Рмах = 14 МПа в точке х = -X. = Р = 0 в точке х = Х1 = 4 мм; Р = Рмах /2 = 7 МПа в точке х=

150. Рролика сменяется на Р„ахЯжен„я (Рн) Рн = N • п / II = 1 • 9 / 77,5 = = 1 МПа;где п количество слоев; N - усилие натяжения.

151. Кр - ё2 /16 • е2 1пе + Уг ((е2)2 - 1) / ((е2)2 + 1).; е = 1 - те/4 (с1 / И+с!)2;6 =0,000012 м; Ь = 0,000018 м; е = 1 3,14 /4 (0,000012/(0,000012+ 0,000018)) 2-0,87;

152. Кр = (0,000012) 2 / 16 ' 0,872 • 1п0,87 + ^ (-0,42710239) / 1,57289761.= 0,00000000000187;

153. V расч.= Л • т • 12 / 2 р • Кр ; ц = 2000 Па • с; т = 9 %; 1 =0,00198 м Кр = 0,00000000000187мкм2; Р = 14000000 Парасч. = 1198 с = 20 мин Ц. факт. = 12 мин = 720 с

154. Кп 1-1 ф. расч. ! ^пр. факт. 1 ?7

155. Расчёты по определению трудоёмкости.

156. Толщина препрега Ь = 0,2 мм; Скорость намотки на оправку я)н = 0,1 м / мин; Ширина препрега Нп = 5 мм; Скорость протяжки я)пр = 0,3 м / мин;

157. Диаметр кольца О = 153 мм; Количество слоев N = 201. Ширина кольца Нк= 10 мм;

158. A Mi потери массы при одностадийной волоконной намотке; А Мг - потери массы при традиционной намотке.1. Т, мин

159. Зависимость потери массы ПКА от времени нахождения при температуре 280 С. Получена на приборе DERIVATOGRAPH-C, фирмы MOM (Будапешт).1. АКТ от 9 ноября 2000 г.

160. Заказчиком темы является СПП РАН и в/ч 57 275, Головным исполнителем ИХФ РАН.

161. Результаты исследований, проведённых Д.В. Павловским, рекомендованы АОО ЦНИИСМ и НПО ВИАМ для использования при создании элементов конструкций ракетно-космической и авиационной техники.