3.3.4. Органические волокна

Для производства композиционных материалов использу­ются в основном органические арамидные и полиэтиленовые волокна. Арамидные волокна относятся к классу ароматиче­ских полиамидных материалов. Впервые они появились в 1971 г. под торговой маркой «кевлар» (фирма «Дюпон»), Дос­тоинствами кевлара являются высокие механические свойства в широком диапазоне температур и хорошая химическая стой­кость.

Химический состав и структура арамидных волокон опре­деляют их уникальные свойства. Они обладают самыми высо­кими среди органических волокон значениями прочностных свойств и модуля упругости. Плотность волокон кевлара со­ставляет ~1440кг/м³, предел прочности при растяжении ~2700…3300 МПа, максимальный модуль упругости 96,5 ГПа (кевлар-29) и ~ 128 ГПа (кевлар-49). По сравнению со стеклян­ными и углеродными волокнами арамидные волокна являются более пластичными. Композиционные материалы на основе кевлара-49 используются для изготовления полов, дверей, пере­борок самолетов и вертолетов. Кроме того, эти материалы на­ходят применение при изготовлении корпусов ракетных двига­телей, защитных касок, пуленепробиваемых жилетов, лодок, хоккейных клюшек и другого спортивного снаряжения.

Волокна кевлара используются для производства поли­мерных композиционных материалов. В качестве матричного материала чаще используются эпоксидные либо полиэфирные связующие.

Достоинством полиэтиленовых волокон является их низ­кий уровень плотности - 0,97 г/см⁵. При этом волокна типов «спектра» (США), «дайнема» (Нидерланды), «текмилон» (Япо­ния) обладают упругопластическими свойствами на уровне арамидных волокон.

3.3.5. Керамические волокна

Если для производства композиционных материалов тре­буются упрочняющие элементы, обладающие высоким уровнем механических свойств, высокой химической стойкостью, жаро­стойкостью и жаропрочностью, рационально использовать ке­рамические волокна. Керамические волокна особенно необхо­димы для производства композитов с металлической матрицей.

Керамические волокна изготовляют из прочных тугоплав­ких, химически стойких материалов: оксидов алюминия и цир­кония, нитрида бора, карбидов бора и кремния, других карби­дов, нитридов и оксидов. По сравнению с массивными объек­тами керамические волокна, имеющие поликристаллическое строение, обладают более высокой прочностью, однако, в отли­чие от монокристаллических усов, их прочность меньше.

Одним из наиболее перспективных типов упрочнителей композиционных материалов являются волокна карбида крем­ния. Плотность карбидокремниевых волокон равна 3900...4050 кг/м³. Предел прочности при растяжении составляет - 3000...3400 МПа, модуль упругости ~ 450 ГПа. Прочностные свойства волокон определяются типом и количеством локаль­ных дефектов, имеющихся на их поверхности (утолщения, по­сторонние частицы, точки налипания). Карбидокремниевые во­локна жаростойки и жаропрочны, они способны выдерживать длительное воздействие высоких температур. При получении металлических композиционных материалов это обстоятельст­во имеет важное значение. Перспективным является использо­вание волокон карбида кремния в качестве упрочнителя компо­зиционных материалов с матрицей из титана и жаропрочных сплавов. В качестве покрытий на карбидокремниевые волокна могут наноситься карбиды вольфрама WC, тантала ТаС, гаф­ния HfC, титана TiC. Карбид кремния может использоваться и в качестве покрытия на борных волокнах (волокна борсик).