АРМИРУЮЩИЕ ВОЛОКНА. Основные требования к волокнам: прочность, жесткость, плот­ность, стабильность свойств в определенном температурном интервале

Основные требования к волокнам: прочность, жесткость, плот­ность, стабильность свойств в определенном температурном интервале, химическая стойкость и другие специфические свойства для индивидуальных композиционных материалов.

Теоретическая прочность материалов σ_м по закону Гука возра­стает с увеличением модуля упругости Е и поверхностной энергии γ вещества и падает с увеличением расстояния между соседними атомными плоскостями а₀:

или

где σ_м - теоретическая прочность материала, Н/м²; Е - модуль упругости Н/м²; ε - относительное удлинение, %; γ- поверхностная энергия, Дж/м²; а₀ - расстояние между атомными плоскостями, м.

Следовательно, высокопрочные материалы должны иметь высо­кие Е и γ и максимально возможное содержание атомов в единице объема, т. е. малое а₀. Этим требованиям лучше всего удовлетворяют Н, Ве, В, С, N. О, Al и Si. Наиболее прочные материалы всегда содержат один или несколько из этих элементов. Практически, чем меньше атомная масса элемента, тем меньше размер атома и тем большее их количество находится в единице объема.

Действительно, на практике применяются высокопрочные стеклян­ные, углеродные, борные и органические волокна, металлические проволоки, а также волокна и нитевидные кристаллы карбидов, ок­сидов, нитридов, боридов и других соединений. Вводятся они в форме моноволокон, нитей, проволоки, жгутов, сеток, тканей и лент.

Кроме указанных нитей и усов, часто применяются тонкие метал­лические проволоки, например стальные, вольфрамовые, титановые и др. Конечно, в настоящее время создано очень много наполнителей, особенно из синтетических материалов.

Для технического применения армирующие материалы, кроме прочности, должны обладать достаточной жесткостью, невысокой плотностью, стабильностью свойств в определенном температурном интервале, химической и биологической стойкостью, другими специфическими свойствами, необходимыми при их использовании. Во всех случаях должно выполняться требование, определяемое возможностью их технологической переработки.

Ниже будут рассмотрены некоторые волокна, методы их получения и применения в КМ. Отдельные виды волокон будут представлены в разделах, посвященных различным КМ, например стеклянные - в стеклопластиках и т. д. Рассмотрены будут те волокна, которые чаще всего встречаются на практике и, в частности, в ракетной технике.