Главная » Литература » Химия » Любин Дж. - Справочник по композиционным материалам: В 2-х кн. Книга 1

Любин Дж. - Справочник по композиционным материалам: В 2-х кн. Книга 1

СПРАВОЧНИК по композиционным материалам

В ДВУХ КНИГАХ

КНИГА ПЕРВАЯ

Под редакцией Дж. ЛЮБИНА

Перевод с английского канд. техн. наук А.Б. Геллера, канд. хим. наук М.М. Гельмонта Под редакцией д-ра техн. наук Б.Э Геллера

МОСКВА «МАШИНОСТРОЕНИЕ» 1988

Справочник по композиционным материалам: В 2-х кн.

С74 Кн. 1/Под ред. Дж. Любина; Пер. с англ. А. Б. Геллера, М. М. Гельмонта; Под ред. Б. Э. Геллера. —М.: Машиностроение, 1988. — 448 с: ил.

ISBN 5-217-00225-5

В двухтомном справочнике специалистов США представлены современные, тщательно отобранные сведения о связующих и армирующих волокнистых компонентах органического и неорганического происхождения. В первой книге подробно рассмотрены способы получения, свойства и области применения различных связующих, а также волокнистых наполнителей. Особое внимание уделено описанию материалов на основе углеродных, борных н арамидных волокон.

Для конструкторов, технологов и исследователей; может быть полезна студентам вузов и аспирантам.

ISBN 0-442-24897-0 (США)

ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА

Объективные потребности развития различных отраслей техники обусловили создание новых конструкционных материалов с высокой прочностью и большими значениями модуля упругости на металлической, керамической и полимерной основах. Неумолимые законы природы диктуют необходимость резкого увеличения прочностных характеристик изделий при минимизации их массы. Это становится возможным при изготовлении композиционных материалов на полимерной основе (композитов). За последние годы были достигнуты впечатляющие успехи в программировании свойств таких материалов. Вместе с тем в практике производства и переработки композитов существенная роль пока принадлежит еще интуитивному подходу, а количественные оценки в ряде случаев весьма ограничены. Это обусловлено, во-первых, отсутствием завершенных стройных физических теорий сложных гетерофазных систем, какими являются композиты; во-вторых, различиями в способах оценки тех или иных механических и физико-химических характеристик компонентов и композитов, в-третьих, ограниченностью информации о стандартных свойствах «наполнителей» и «связующих», а также готовых материалов, предназначенных для различных отраслей техники.

Первой систематической попыткой уменьшить дефицит информации в этой важной сфере научной и инженерной деятельности явилась восьмитомная серия монографий «Композиционные материалы» под редакцией Л. Браутмана и Р. Крока, перевод которой был опубликован издательствами «Машиностроение» и «Мир». Вышедшие затем в русском переводе справочное пособие «Наполнители для полимерных композиционных материалов» под редакцией Г. С. Каца и Д. В. Милевски (М.: Химия, 1981) и книга Т. Фудзии, М. Дзако «Механика разрушения композиционных материалов» (М.: Мир, 1982) оказали специалистам существенную помощь в интенсификации исследований и технологических разработок в области композиционных материалов в нашей стране.

Предлагаемый вниманию специалистов «Справочник по композиционным материалам» под редакцией Дж. Любина, многие годы принимавшего участие в разработке технологий и применения новых композиционных материалов в ряде фирм США, включает большое количество новых сведений, позволяющих точнее прогнозировать свойства композитов в готовых изделиях.

Построение справочника дает возможность использовать его и как учебное пособие для студентов вузов и аспирантов. Для удобства пользования перевод справочника публикуется в двух книгах. Первая книга включает в себя информационные материалы по сырью (связующим и наполнителям) и свойствам различных композитов, а вторая — описание процессов переработки композитов в готовые изделия, методик анализа, а также проблем применения композитов в различных отраслях техники.

Следует отметить, что справочник написан преимущественно для американского читателя и содержит описание используемых в США промышленных и лабораторных марок наполнителей и связующих. Однако приведенные в книге сведения об их свойствах, методах регулирования свойств, технологии применения делают эту книгу весьма полезной для советских специалистов, работающих в области производства связующих и наполнителей, создания и переработки композитов, а также конструирования изделий из них.

Перевод первой книги «Справочника по композиционным материалам» выполнен А. Б. Геллером (гл. 1, 7—12) и М. М. Гельмонтом (гл. 2—6). Вторая книга переведена А. М. Кнебельманом (гл. 13—19), А. Б. Геллером (гл. 20— 25) и Г. Э. Кесслером.(гл. 26—28).

Б. Геллер

ПРЕДИСЛОВИЕ

На разработку и промышленное освоение новых композиционных материалов ушло всего лишь 15—20 лет. Следует отметить, что ранее затрачивалось в среднем 25 лет на поисковые работы, прежде чем какой-либо новый материал становился достоянием промышленности.

В середине 50-х годов ВВС США решили применить в авиастроении новый класс материалов — армированные композиционные материалы, или композиты. Предстояло изучить возможности их изготовления на основе новых видов волокон с высокими прочностными и упругими характеристиками. Практическое производство борных и углеродных волокон обусловило возможность создания композиционных материалов на их основе. Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) и ВВС США явились кураторами исследовательской и технологических программ. Реализация этих разработок позволила с начала 70-х годов начать широкое применение композитов для производства летательных аппаратов.

Таким образом, мы видим, как мало прошло времени от лабораторного поиска до решения практических задач производства и применении композитов. Для сравнения приведем следующий пример. На внедрение алюминия и его сплавов в авиационную промышленность ушло более 30 лет, но еще через четыре десятилетия продолжаются непрерывные поиски наиболее рациональных конструкционных решений с использованием этого металла.

Применение новых композиционных материалов в летательных аппаратах подняло на новую качественную ступень самолетостроение, способствовало созданию новой ракетной н космической техники. Есть все основания полагать, что роль композитов в создании новых летательных аппаратов будет ведущей. Так, после совсем недолгих экспериментов в военной технике, высокопрочные композиты были применены при изготовлении самолета «Боинг 767». Использование таких материалов в автомобилестроении позволит снизить расход топлива благодаря уменьшению собственной массы транспортного средства. Потребность автомобилестроителей в композитах достигнет к 1990 г. нескольких тысяч тонн.

Мы находимся сейчас в несколько странной ситуации. Потребность в новых материалах растет так быстро, что темпы изучения свойств новых материалов практически не успевают за их созданием. Это обусловливает необходимость не только наличия современной технологии и знания областей применения композитов, но и данных о свойствах, изложенных в такой форме, чтобы они могли быть применены при создании новых материалов и изделий из них. Я полагаю, что эта книга — «Справочник по композиционным материалам» — станет связующим звеном между знанием, оптимальной конструкцией и технологией. Обязанностью исследовательских организаций в мире, когда технология меняется так быстро, является отход от традиционной роли чистой науки, с одной стороны, и инженерии, с другой. Зачастую уровня лабораторных исследований бывает достаточно только для описания материалов, создания экспериментального оборудования и научных сообщений. Исследования же должны быть ориентированы на эффективное применение разработанных материалов, чтобы уменьшить риск от внедрения новой технологии и сократить до минимума время разработок. Правительство США заинтересовано в развитии не только базы исследования химических особенностей композитов и действия на них сред, но и промышленных исследований и внедренческих программ, которые курируются в последнее время ВВС США и НАСА. Но даже этих исследовательских программ недостаточно.

Опытным специалистам требуется 15—20 лет для того, чтобы в совершенстве овладеть искусством конструирования изделий из таких новых материалов, какими являются композиты, для наиболее целесообразного использования их в различных отраслях производства. Вот почему переход от одних конструкционных материалов к другим всегда зависит от числа конструкторов и аналитиков,

достаточно компетентных в применении новых материалов. Такой переход окажется тем эффективнее, чем полнее будут использованы результаты исследований, обеспечивающих объективную оценку пригодности новых материалов для решения определенных инженерных задач.

Следовательно, основным в процессе переподготовки конструкторов является обеспечение их информационными материалами, включая учебники и руководства, которые содержали бы необходимые сведения для конструирования изделий из композитов. Не меньшее значение имеет создание учебных пособий для студентов, чтобы можно было дать нм первые основные понятия и представления о новых конструкционных материалах.

Естественно, создание таких книг — дело не легкое, требующее много времени. Но и сам процесс подготовки и переподготовки специалистов по композиционным материалам требует систематического и углубленного изучения этой новой области знаний. Мы постарались так построить книгу, чтобы этим справочником могли пользоваться специалисты с разными уровнями знаний.

Я благодарен издателю и авторам за их усилия сообщить как можно более полные сведении о композитах широкому кругу специалистов. Это тем более важно, так как позволит интенсифицировать научные изыскания в области композитов и проверку возможностей нх практического приложения. Мы убеждены, что «Справочник по композиционным материалам» будет способствовать быстрому и надежному внедрению технологии композитов в космонавтику, а также в множество других областей техники и технологии.

Д-р Алан М. Лавлейс

ВВЕДЕНИЕ

Публикация книги совпадает с 40-й годовщиной промышленности композиционных материалов. Справочник содержит основные сведения по отрасли, включая новые данные о процессах, используемых материалах, методологии и технологическом анализе. Производство композитов развивается особенно быстро именно сейчас, в условиях всеобщего энергетического кризиса. Этот справочный материал является как бы продолжением предыдущей книги ее редактора «Справочник по стеклопластикам и армированным композитам». Рассмотрены композиционные материалы на основе органических матриц, применение которых в различных ответственных конструкциях постоянно возрастает.

Основным достоинством справочника является представительность, надежность и полнота используемых данных, а также простота понимания природы композитов. Этому способствует такое расположение материала, при котором справочник может служить и учебным пособием. Справочник состоит из разделов, описывающих исходные материалы, технологию получения, методы исследования, типичные области использования композитов, а также включает приложения, содержащие таблицы и графики.

Раздел по связующим включает данные о полибутадиене и поливиниловых эфирах. Специальная глава посвящена полиимидам. В отдельном разделе книги описаны новые процессы создания композиционных материалов, практические рекомендации по проблемам их производства и приведены примеры изделий, изготовленных из композитов.

Главы, посвященные волокнистым наполнителям, включают широкий класс армирующих волокон. Большое внимание уделено волокну кевлар и борным волокнам, высокая стоимость которых пока ограничивает их применение.

Главы по технологии получения композитов содержат сведения о новых концепциях и направлениях развития производства композитов. В этом же разделе подробно рассмотрен также вопрос о факторах, определяющих их устойчивость в различные сроки.

Рассмотрение современного состояния проблемы конструирования изделий на основе композитов приведено в главах, описывающих теоретические аспекты структур наполненных полимеров.

В разделе, посвященном проблемам применения композитов, рассмотрены основные области, в которых они наиболее эффективны. Это, в частности, проблемы создания средств морского, воздушного и наземного транспорта. В нем приводится большой перечень примеров использования композитов. Заканчивается справочник приложением (см. кн. 2), включающим большой табличный и графический материал.

...

Скачать