КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ С НЕПРЕРЫВНЫМИ ВОЛОКНАМИ Укладка непрерывных волокон в направлении действия силы позволяет полностью реализовать повышенные механические показатели таких материалов, как стекло, углерод, бор, которые в форме волокон относятся к наиболее прочным из известных материалов. Многие композиционные материалы, полученные таким способом, обладают очень высокими показателями, требуемыми, например, в аэрокосмической технике, где вопросы стоимости не являются первостепенными. Стеклопластики остаются важнейшими конструкционными композиционными материалами и находят чрезвычайно широкое применение в строительстве, судостроении (легком и тяжелом), самолето- и автомобилестроении, химической промышленности, в быту. Стеклянные волокна в качестве армирующего наполнителя обладают двумя существенными недостатками — имеют низкую жесткость, что требует усиления элементов конструкций из стеклопластиков и препятствует полной реализации прочности волокон, и теряют прочность при контакте с водой. Углеродные и борные волокна значительно более жесткие, а поскольку по прочности они не уступают лучшим стеклянным волокнам, напряжения, которые выдерживают материалы на их основе, значительно выше, чем в случае стеклопластиков при меньших допустимых деформациях. Эти волокна, также как и стеклянные, производятся непрерывными способами и технология производства изделий из материалов на их основе только незначительно отличается от технологии изготовления изделий из стеклопластиков. Еще одним типом волокон, которые могут рассматриваться как серьезный конкурент перечисленным трем типам волокон, являются волокна из ароматических полиамидов типа Кевлар 49 фирмы «Дюпон». Хотя эти волокна являются сравнительно новыми, они нашли широкое применение в производстве высоконагруженных элементов, в том числе в аэрокосмической технике в качестве самостоятельного армирующего наполнителя или в комбинации с другими волокнами, в частности углеродными, для производства гибридных материалов. Сравнительные свойства ряда важнейших типов армирующих волокон приведены в табл. 2.4. Хотя при ориентации волокон в направлении действующей силы достигается максимальная прочность композиционных материалов на основе непрерывных волокон, такие материалы обладают и существенными недостатками. Они обладают резко выраженной анизотропией всех механических свойств, а их трансверсальная прочность настолько низка, что они практически не применяются в тех случаях, когда напряжения действуют не только в одном направлении, т. е. почти во всех технически важных конструкциях. Поэтому обычно необходимо так конструировать изделия и регулировать структуру композиционных материалов, чтобы компенсировать их недостатки без резкого снижения уровня напряжений, которые должен выдерживать материал. Например, при конструировании лопаток турбин больших турбовентиляторных двигателей часть волокон располагают под углом к оси лопатки. Такая конструкция обеспечивает одинаковую жесткость лопаток при изгибе и делает их устойчивыми к аэродинамическому флаттеру. Однако доля таких волокон не должна быть слишком большой, чтобы не уменьшить продольную прочность и жесткость лопаток ниже уровня, необходимого для сопротивления центробежным силам, возникающим при их вращении. Конструирование изделий из композиционных материалов с оптимальным армированием является важным элементом технического использования таких материалов.
