Применение гибридных полимерных композиционных материалов для регулирования температурного коэффициента линейного расширения формообразующей оснастки

Наибольший эффект от использования полимерных композиционных материалов достигается в конструкциях, к которым предъявляются максимально высокие требования по сочетанию прочностных свойств, размерной точности и низкой массе. Основной способ изготовления таких деталей — автоклавное формование с высокими давлением и температурой. Растут требования к точности и качеству деталей из полимерных композиционных материалов, вследствие чего все большее внимание должно уделяться соответствующей формообразующей оснастке. Идеальная оснастка должна обеспечивать формостабильность при циклических температурных нагрузках автоклавного формования, а также обладать необходимым набором механических характеристик. При этом должно соблюдаться соответствие температурных коэффициентов линейного расширения материала оснастки и формуемой детали, так как именно состояние оснастки в момент формования изделия определяет его конечную форму. В качестве материала для изготовления формообразующей оснастки, способной обеспечить заданные материалом формуемой детали теплофизические параметры, предложено использовать гибридные полимерные композиционные материалы, содержащие стеклянные, арамидные и углеродные волокна в качестве армирующих наполнителей.
EDN: JOUVXM, https://elibrary/jouvxm

Литература

[1] Hui Q., Greenhalgh E.S., Shaffer M.S.P. et al. Carbon nanotube-based hierarchical composites: a review. J. Mater. Chem., 2010, vol. 20, no. 23, pp. 4751–4762, doi: https://doi.org/10.1039/C000041H

[2] Шакирзянов Ф.Р., Валиев А.И., Сулейманов А.М. и др. Численное моделирование напряженно-деформированного состояния гибридных композитов. Известия КГАСУ, 2023, № 4, с. 275–285.

[3] Журковский М.Е., Сакошев З.Г., Блазнов А.Н. Исследование механических свойств намоточных гибридных полимерных композиционных материалов. Южно-Сибирский научный вестник, 2018, № 3, с. 39–43.

[4] Михайлин Ю.А. Конструкционные полимерные композиционные материалы. Санкт-Петербург, Научные основы и технологии, 2010, 822 c.

[5] Galeev R., Nizamov R., Abdrakhmanova L. et al. Resource-saving polymer compositions for construction purposes. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., 2020, vol. 890, art. 012111, doi: https://doi.org/10.1088/1757-899X/890/1/012111

[6] Wu Z.S., Yang C.Q., Tobe Y.H. et al. Electrical and mechanical characterization of hybrid CFRP sheets. J. Compos. Mater., 2006, vol. 40, no. 3, pp. 227–244, doi: https://doi.org/10.1177/0021998305053452

[7] Czel G., Wisnom M.R. Demonstration of pseudo-ductility in high performance glass/epoxy composites by hybridisation with thin-ply carbon prepreg. Compos. Part A Appl. Sci. Manuf., 2013, vol. 52, pp. 23–30, doi: https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2013.04.006

[8] Manders P.W., Bader M.G. The strength of hybrid glass/carbon fibre composites. Part 1. Failure strain enhancement and failure mode. J. Mater. Sci., 1981, vol. 16, no. 8, pp. 2233–2245, doi: https://doi.org/10.1007/BF00542386

[9] Kulkarni R., Ochoa O. Transverse and longitudinal CTE measurements of carbon fibers and their impact on interfacial residual stresses in composites. J. Compos. Mater., 2006, vol. 40, no. 8, pp. 733–754, doi: https://doi.org/10.1177/0021998305055545

[10] Motoc D.L., Ivens J., Dadirlat N. Coefficient of thermal expansion evolution for cryogenic preconditioned hybrid carbon fiber/glass fiber-reinforced polymeric composite materials. J. Therm. Anal. Calorim., 2013, vol. 112, no. 3, pp. 1245–1251, doi: https://doi.org/10.1007/s10973-012-2560-7

[11] Dong C.S. Development of a model for predicting the transverse coefficients of thermal expansion of unidirectional carbon fibre reinforced composites. Appl. Compos. Mater., 2008, vol. 15, no. 3, pp. 171–182, doi: https://doi.org/10.1007/s10443-008-9065-3