Chapter 1 was fixed

This commit is contained in:
2014-03-15 13:12:25 +06:00
parent 7f5555ea59
commit a00b679ecf
3 changed files with 34 additions and 81 deletions

108
c1.tex
View File

@@ -1,5 +1,5 @@
\chapter{Зависимость деформационных и прочностных свойств тканых композитов с
поликристаллической матрицей от наличия локальных концентраторов напряжений}
\chapter{Разработка математической модели тканого композита с искривленными
волокнами}
В главе\infirsttext
@@ -7,65 +7,6 @@
композиционных материалов, приводящие к появлению локальных концентраторов
напряжений}
\subsection{Описание технологического процесса изготовления волокон}
Волокна, используемые в тканых композитах с поликристаллической матрицей
обладают уникальными механическими и физическими свойствами по раду показателей:
высокая теплостойкость, низкие коэффициенты трения и температурного расширения,
высокая стойкость к атмосферным воздействиям и химическим реагентам. Исходными
материалами для получения таких волокон являются химические волокна и
углеродные пеки.
Технологический процесс получения волокон включает в себя стадии
текстильной подготовки материала, окисления, карбонизации и графитизации.
Во время текстильной подготовки из целлюлозного материала удаляется влага,
неорганические примеси и органические вещества, включая замасливающие
препараты, путем обработки их растворителями или поверхностно-активными
веществами. После чего материал проходит сушку при температуре не ниже
$100^\circ\mathrm{C}$ в течении $15$ часов.
Окисление проводится при температуре не выше $350\dots400^\circ\mathrm{C}$. На
этой стадии протекают основные химические реакции, наблюдаются наибольшие
потери массы материала.
Карбонизация проводится при температурах, достигающих
$900\dots1500^\circ\mathrm{C}$. На этой стадии продолжаются химические процессы,
в результате которых остаток обогащается углеродом. При этом, во время
карбонизации изменяется комплекс физико-механических характеристик волокна, что
особо важно для практических целей. Процесс карбонизации проводят в защитных
средах нейтральных газов азота или аргона, которые предотвращают воздействие на
целлюлозу кислорода из воздуха.
При графитизации волокна подвергаются высокотемпературной обработке.
Начальная температура графитизации определяется конечной температурой
карбонизации, а конечная находится в пределах $2600\dots2800^\circ\mathrm{C}$.
В процессе графитизации происходит насыщение волокон углеродом до содержания не
менее $99\%$. Графитизацию проводят в среде аргона очень короткое время
(несколько минут).
Наряду с гидратцеллюлозным волокном в качестве сырья для получения углеродных
материалов используют ПАН-волокно. Из него изготавливают высокопрочные,
высокомодульные волокна. Одним из преимуществ ПАН-волокна является
высокое содержание углерода --- около $40\%$ от массы полимера. Стадии процесса
получения углеродных волокнистых материалов из ПАН-волокна и вискозного сырья
аналогичны.
Наиболее дешевыми и доступными исходными материалами для производства
углеродных волокон являются нефтяные и каменноугольные пеки. Процесс получения
волокон из пеков включает в себя следующие стадии: приготовление пека,
формование волокна, карбонизацию и графитизацию.
Волокна, применяемые для армирования конструкционных материалов условно могут
быть разделены на две группы:
\begin{itemize}
\item высокомодульные --- $E_1^+ = 300\dots700$~ГПа, $\sigma_1^- = 2\dots
2.5$~ГПа;
\item высокопрочные --- $E_1^- = 200\dots 250$~ГПа, $\sigma_1^+ = 2.5\dots
3.2$~ГПа \cite{bib:bulanov, bib:sokolkin}.
\end{itemize}
\subsection{Изготовление тканей}
Тканые материалы можно классифицировать по типу переплетения волокон. Выделяют
@@ -79,12 +20,12 @@ $900\dots1500^\circ\mathrm{C}$. На этой стадии продолжают
нити располагаются по длине куска ткани, а уточные --- по его ширине, от кромки
к кромке.
Можно выделить следующие основные технические характеристики ткани:
Можно выделить следующие основные технические характеристики ткани
\cite{bib:bulanov}:
\begin{itemize}
\item волокнистый состав;
\item вид переплетения;
\item способ отделки;
\item тип переплетения;
\item ширина;
\item толщина;
\item масса квадратного метра;
@@ -92,6 +33,10 @@ $900\dots1500^\circ\mathrm{C}$. На этой стадии продолжают
\item разрывная нагрузка и растяжимость (удлинение) при разрыве.
\end{itemize}
В зависимости от материала, используемого для изготовления волокон, ткани
подразделяют на стеклоткани, органоткани, углеткани, ткани с металлическими
волокнами, а также комбинированные ткани.
В промышленности используют ткани, имеющие различные типы переплетения.
Наиболее простым и широко применяемым является полотняное переплетение
(рис.~\ref{fig:c1:schemas},~a), где каждая нить основы и утка проходит
@@ -109,14 +54,21 @@ $900\dots1500^\circ\mathrm{C}$. На этой стадии продолжают
(рис.~\ref{fig:c1:schemas},~в) нити основы и утка проходят поочередно сверху и
снизу двух и четырех пересекающих их нитей.
Ткани подразделяют по ширине: $40\dots75$~см. --- узкие, $75\dots100$~см. ---
средней ширины, $100\dots150$~см. --- широкие, $150\dots200$~см. --- очень
широкие. Ткани с шириной менее $7.5$~см. называют ткаными лентами.
По ширине ткани подразделяют на узкие~--- $40\dots75$~см., средней ширины~---
$75\dots100$~см., широкие~--- $100\dots150$~см. и очень широкие~---
$150\dots200$~см. Ткани с шириной менее $7.5$~см. называют ткаными лентами.
По массе квадратного метра ткани подразделяют следующим образом: до $100~
\text{г}/\text{м}^2$ --- легкие, массой от $100$ до $500 \text{г}/\text{м}^2$
--- со средней массой, ткани с массой свыше $500~\text{г}/\text{м}^2$ ---
тяжелые.
По массе квадратного метра ткани подразделяют на легкие~--- до $100~
\text{г}/\text{м}^2$, со средней массой~--- от $100$ до $500
\text{г}/\text{м}^2$ и тяжелые~---ткани с массой свыше
$500~\text{г}/\text{м}^2$.
Толщина тканей, используемых в промышленности определяется волокнистым составом
и обычно составляет от $0.15$ до $0.45$~мм.
Для изготовления каркаса изделия, заготовки из ткани или ленты выкладываются на
оправку с последующей прошивкой слоев по третьей координате, при этом, в местах
пршивки возможно возникновение разрывов волокон основы и утка.
\subsection{Матричные материалы}
@@ -187,18 +139,18 @@ $900\dots1500^\circ\mathrm{C}$. На этой стадии продолжают
Для пропитки жидкостью применяют термореактивные смолы и пеки. Смолы отличаются
хорошей пропитывающей способностью и легко доступны. При пиролизе эти смолы
образуют стекловидную поликристаллическую матрицу, которая графитизируется при
температуре около $3000^\circ\mathrm{C}$. Выход кокса составляет $50-56\%$ по
массе. Процедура пиролиза представляет собой нагрев каркаса, пропитанного
смолой, до температур порядка $400\dots 600^\circ\mathrm{C}$. Процесс пиролиза
также называют карбонизацией. При карбонизации происходит усадка матрицы,
которая достигает $20\%$ и может привести к разрушению каркаса.
температуре около $3000^\circ\mathrm{C}$. Процедура пиролиза представляет собой
нагрев каркаса, пропитанного смолой, до температур порядка $400\dots
600^\circ\mathrm{C}$. Процесс пиролиза также называют карбонизацией. При
карбонизации происходит усадка матрицы, которая достигает $20\%$ и может
привести к разрушению каркаса.
Пеки являются термопластичными материалами. При продолжительном выдерживании
температуры около $400^\circ\mathrm{C}$ в пеках идет образование
высокоориентированной фазы, которая при температуре $2500^\circ\mathrm{C}$
переходит в графитовую структуру. Выход кокса составляет $50-90\%$.
переходит в графитовую структуру.
Пропитка ткани поликристаллической матрицей может проходить под низким или
Пропитка ткани материалом матрицы может проходить под низким или
высоким давлением. Пропитка под низким давлением с последующей
карбонизацией наиболее распространена. Она проводится при атмосферном или
пониженном давлении, чаще всего в несколько циклов для снижения пористости. При