Научная статья на тему 'Углерод-углеродный композиционный материал для подвижных соединений машин лесного комплекса'

Углерод-углеродный композиционный материал для подвижных соединений машин лесного комплекса Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
763
136
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
РЕМОНТ / НАДЕЖНОСТЬ / ПИРОУГЛЕРОД / ГРАФИТ / ПЕКИ

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Прохоров В. Ю., Родионов А. И.

Прохоров В.Ю., Родионов А.И. УГЛЕРОД-УГЛЕРОДНЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ МАШИН ЛЕСНОГО КОМПЛЕКСА. Ремонт транспортных и технологических машин является одной из основных составляющих технической эксплуатации. Ремонтное производство должно быть в достаточной степени обеспечено необходимыми запасными частями. Их недостаток является серьезным фактором снижения работоспособности, поэтому применение новых материалов является актуальным для улучшения технической готовности техники. Предлагается использование углерод-углеродных композиционных материалов для изготовления подвижных сопряжений в машинах лесного комплекса.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Углерод-углеродный композиционный материал для подвижных соединений машин лесного комплекса»

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

УГЛЕРОД-УГЛЕРОДНЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ МАШИН ЛЕСНОГО КОМПЛЕКСА

В.Ю. ПРОХОРОВ, доц. каф. технологии машиностроения и ремонта МГУЛ, канд. техн. наук, А.И. РОДИОНОВ, доц. каф. прикладной математики МГУЛ, канд. техн. наук

Ремонт транспортных и технологических машин является одной из основных составляющих технической эксплуатации. Ремонтное производство должно быть в достаточной степени обеспечено необходимыми запасными частями. Их недостаток является серьезным фактором снижения технической готовности парка технологического и транспортного оборудования. В то же время расширение производства новых запасных частей связано с увеличением материальных и трудовых затрат.

Опыт эксплуатации оборудования показывает, что более 70 % деталей, вырабатываемых при первом капитальном ремонте технологических и транспортных машин, являются ремонтопригодными и поддаются восстановлению. Поэтому альтернативой расширенного производства запасных частей является восстановление изношенных деталей в процессе ремонта машин. Это экономически целесообразно с точки зрения повторного использования большинства деталей, как годных, так и предельно изношенных после восстановления. При таком подходе к воспроизводству машин процесс осуществляется в более короткие сроки с меньшими затратами материалов и другими издержками по сравнению с процессом изготовления новых изделий. Себестоимость восстановления для большинства деталей не превышает 75 % стоимости новых, а расход материалов в 15 -20 раз ниже, чем на изготовление. Ресурс восстановленных деталей зачастую значительно выше благодаря использованию эффективных способов восстановления и улучшенным свойствам упрочненных поверхностей.

Анализ способов, проведенный на основании литературных источников [1] и опыта ремонтных предприятий (см. таблицу), позволяет сделать вывод о том, что в последние годы в общем объеме работ по восстановлению деталей ведущее место занимает дуговая наплавка (сварка).

Таблица

Относительное использование способов восстановления деталей

Способы восстановления деталей Отношение к общему объему, %

Дуговая наплавка 74

Контактная наварка металлического слоя 7

Г азотермическое напыление 6

Нанесение гальванических покрытий 3

Нанесение полимерных покрытий 5

Пластическая деформация 2

Заливка жидким металлом 1

Прочие, в том числе метод ремонтных размеров и дополнительных деталей 2

К качеству отремонтированных машин предъявляются высокие требования. Ведь целью капитального ремонта является восстановление полного, или близко к полному, ресурса машин. В настоящее время детали машин после ремонта работают в значительно худших условиях, чем в новых сопряжениях, что связано с изменением базисных размеров, смещением осей, изменением условий смазки, нарушением посадок, несоблюдением качества подбора материалов парных деталей и пр.

Предприятия, специализирующиеся на восстановлении ходовых деталей, имеют высокую экономическую эффективность, что обеспечивает им конкурентоспособность в условиях рыночного производства.

В последние годы в результате сокращения финансирования научных разработок, разрыва информационных связей резко уменьшился объем сведений о восстановлении деталей.

Решение проблемы повышения надежности изделий, в том числе и лесозаготовительной техники, может быть эффективно, если работа в этом направлении имеет комплексный характер, то есть начинается на

ЛЕСНОИ ВЕСТНИК 4/2008

57

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

стадии научной проработки проблемы, продолжается при проектировании и производстве, обеспечивается на стадии эксплуатации. Только в этом случае возможно обеспечение выпуска высококачественной продукции при минимальных производственных затратах и ее последующее использование с наивысшей эффективностью.

Непрерывно повышающиеся требования к эксплуатационным свойствам материалов и смазочных материалов, которые применяются в узлах трения, не могут быть удовлетворены с помощью известных ранее способов подготовки поверхностей деталей узлов трения и существующих методов модификации смазочных материалов. Это заставляет изыскивать новые, более совершенные материалы и методы борьбы с изнашиванием с целью увеличения долговечности узлов трения машин и механизмов. Наиболее перспективными в этом отношении являются полимерные композиционные материалы.

Шарнирные соединения технологических и транспортных машин лесопромышленного комплекса эксплуатируются в тяжелых нагрузочных режимах: удельное давление на поверхностях трения до 100 МПа, скорость скольжения 0,005-0,35 м/с, реверсивный характер движения поверхностей с углом качания до 130о, повышенное воздействие абразивности, запыленности, влажности и температурного диапазона работы (от - 50 до + 50 °С).

Одной из серьезных причин, вызывающих интенсивный износ шарнирных сопряжений и влияющих на долговечность других узлов технологических и транспортных машин, нередко является нарушение технических условий эксплуатации (в частности соблюдения периодичности смазочных работ), что приводит к трению без смазки, задирам и схватыванию поверхностей. Нарушения графиков ТО частично можно объяснить удаленностью лесосек от ремонтно-механических мастерских (РММ), пунктов технического обслуживания (ПТО) и высокой трудоемкостью работ по ТО машин (наличие до 40 индивидуальных точек смазки).

В конструкции основных транспортных и технологических машин лесопромыш-

ленного комплекса содержится значительное количество подвижных сопряжений. Ресурс и предельное состояние этих машин в значительной степени регламентированы износом деталей шарнирных соединений. Обеспечение их надежной работы является одним из путей повышения качества и экономичности лесозаготовительного производства.

Особенно остро встает проблема с износом шарнирных соединений в связи с форсированием рабочих режимов, вызванных как увеличением мощности и производительности, так и усложнением кинематики технологического оборудования машин. Износ приводит к нарушению кинематической точности, вызывает не предусмотренные расчетом дополнительные нагрузки, удары, вибрации и, таким образом, становится причиной разрушения как самих шарниров, так и деталей технологического оборудования, узлов металлоконструкции и гидропривода.

Задача создания простых, надежных и дешевых узлов трения актуальна и в общем машиностроении.

Использование самосмазывающихся шарнирных сопряжений в транспортных и технологических машинах может снять проблемы, связанные с последствиями низкого качества технического обслуживания. Это, в свою очередь, позволит существенно повысить долговечность лесной техники при одновременном снижении материальных затрат.

Несмотря на неоспоримые достоинства, полимерные композиционные материалы характеризуются рядом недостатков в качестве материалов для подшипников, а именно: нестабильностью конструктивных размеров под влиянием температуры и давлений, недостаточной механической прочностью и старением, низкой стойкостью к абразивному износу. Полимеры могут также являться источником водородного износа: выделение водорода при трении пластмасс ведет к наво-дораживанию и охрупчиванию стальной поверхности.

Одним из основных недостатков полимерных материалов является их низкая теплостойкость. Это резко ограничивает их применение в узлах трения, работающих при повышенных температурах и высоких скоро-

58

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2008

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

стях скольжения. Многие полимеры деградируют при воздействии солнечного света. Большинство полимеров становится хрупкими при минусовой температуре.

Путем замены полимерной матрицы на углеродную создан новый класс КМ - уг-лерод-углеродные композиционные материалы (УУКМ), сочетающие все положительные свойства графита. У них отсутствуют резкая анизотропия свойств, большой разброс характеристик, чувствительность к дефектам структуры. Основными свойствами углерода, обеспечивающими его широкое применение, является высокая теплостойкость, низкая плотность, высокая химическая стойкость, биологическая совместимость, достаточно высокая тепло- и электропроводность. Одна из основных причин, обеспечивающих широкое применение графита для создания антифрикционных материалов, низкий коэффициент трения по металлам, который может быть до 0,05.

Природу смазочной способности графита объясняют слоистым строением его кристаллической решетки. Считается, что большое расстояние между базисными плоскостями (3,5 • 10-10 м) обеспечивает легкое скольжение слоев один по другому при условии адсорбции, особенно на призматические плоскости молекул воды, кислорода, окиси, двуокиси углерода.

Суть технологического процесса получения углерод-углеродных композиционных материалов (УУКМ) состоит в создании армирующего каркаса, введении в него углеродообразующей либо углеродной матрицы с последующей термообработкой до превращения ее в углерод.

Принцип создания армирующих каркасов - волокна расположены вдоль линий главных напряжений. Выбор армирующих нитей определяется необходимостью сочетания высоких модуля упругости и прочности, так как углеродная матрица практически не обладает макропластичностью и жесткость нитей должна быть достаточной для восприятия напряжений без разрушения матрицы.

Оценки влияния изнашиваемости и искривления волокон при изготовлении каркасов могут объяснить лишь уровень реали-

зации прочности волокон в углепластиках, достаточно высокий и стабильный [2].

Проведенные нами исследования показали, что разрушение УУКМ в широком интервале температур является хрупким. Внутри жгутов, составляющих основу материала, наблюдается типичный для хрупкого разрушения «веер», трещина проходит как по матрице, так и по волокнам, указывая на наличие так называемого «единичного» разрушения, когда разрушение хрупкой матрицы приводит к разрушению материала в целом. Разрушение жгутов происходит независимо. Влияние трещин, в большом количестве имеющихся в образце до испытания параллельно магистральной трещине, не обнаружено.

Аналогичные результаты описаны в [2]. Это позволяет предположить, что причины нестабильности прочности УУКМ обусловлены процессами структурообразования, на которых имеет смысл подробно остановиться.

Разработано три основных способа получения УУКМ различных структур армирования:

1) жидкофазный - пропитка КМ пеком или смолой с последующей карбонизацией и графитацией;

2) газофазный - насыщение КМ пироуглеродом;

3) комбинированный - насыщение КМ двумя типами углеродной матрицы, состоящей из углерод-кокса пека с последующим доуплотнением пористой структуры матрицы пироуглеродом.

Процессы структурообразования в УУКМ и их влияние на прочность композитов изучены слабо. Поэтому следует воспользоваться опытом, накопленным при исследовании отдельных структурных составляющих композита - пироуглерода, пека, волокон.

1. Механические свойства графита и

графитоподобных материалов

Модуль упругости графита и графитоподобных материалов определяется силой межатомного взаимодействия. Высокая энергия взаимодействия атомов углерода в плоскости атомных слоев обусловлена а-связями,

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2008

59

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

основанными на Sp2 - гибридизации электронных орбиталей, имеющая чрезвычайно анизотропный неполярный характер. В то же время слабое взаимодействие атомных слоев является следствием делокализации валентных п-электронов между слоями. В соответствии с этим модули Юнга монокристалла графита при растяжении в плоскости атомных слоев C = 1060 ГПа, в ортогональном направлении С33 =36,5 ГПа - на порядок ниже. Наименьшее значение (4,5 ГПа) имеет модуль сдвига С44.

В углеродных материалах, являющихся, как правило, поликристаллами, наибольшая жесткость и прочность достигаются только при полной ориентации слоев кристаллической решетки параллельно направлению испытания. Межслоевой сдвиг затрудняется за счет дефектов кристаллической решетки графита (дефекты внутри слоев типа вакансий или внедрений, дисклинации и дефекты упаковки, приводящие к возрастанию межслоевого расстояния).

Теоретический предел прочности углеродных материалов а ~ Е/10 « 100 ГПа. Реально наблюдаемые значения прочности графитоподобных структур связывают с расстоянием между дефектами (размером и разориентацией кристаллитов) в плоскости межслойного сдвига. Как показано экспериментально, именно межслоевой сдвиг ответственен за возникновение очагов разрушения.

Важнейшей характеристикой углеродных материалов является температура обработки. По мере ее увеличения растет степень совершенства кристаллической решетки материалов и соответственно растет модуль С11 и уменьшается число дефектов, что приводит к снижению прочности. Следует отметить, что снижение прочности не является обязательным, однако в зависимости от чистоты и вида исходного сырья и технологических процессов получения материалов с определенной температурой (1500-2000 °С) прочность материалов стабилизируется.

Таким образом, с помощью температуры можно в широких пределах регулировать соотношение модуля и прочности углеграфитных материалов.

2. Пиролитический углерод

Существует два пути получения пироуглерода:

1) карбонизацией, т.е. пиролитическим разложением углеродосодержащих материалов в конденсированной фазе;

2) осаждением углерода, т.е. гомогенным или гетерогенным разложением углеводородных газов и паров.

В качестве газа-носителя применяют азот, аргон, гелий. Для получения пироуглерода используют бензол, толуол, ацетилен, метан, природный газ и т. д. Температуры пиролиза и давление в печи могут выбираться от нескольких сотен градусов до 2500-3000 °С и от атмосферного давления до 10-4 Па.

Структура пироуглерода зависит прежде всего от температуры осаждения и типа углеводорода. Если используют природный газ, то можно выделить три области температур осаждения, в которых получаемый материал резко отличается по свойствам: 800-1200 °С, 1400-1700 °С и 2150-2400 °С. Пироуглерод, получаемый при температуре осаждения до 1200 °С, имеет плотность до

2.1 г/см3 и достаточно однородную веерообразную конусовидную структуру, образуемую при сравнительно небольшой скорости разложения. При повышении температуры до 1400-1700 °С скорость разложения возрастает, в результате чего степень упорядоченности структуры снижается, материал получается изотропным, его плотность снижается до

1.2 г/см3. Пироуглерод, полученный при температуре 1900-2100 °С, имеет турбострат-ную структуру, которая по мере увеличения температуры отложения переходит в упорядоченную графитовую (пироуглерод переходит в пирографит).

Пироуглерод характеризуется резко выраженной анизотропией свойств, что является следствием кристаллографической текстуры (базисные плоскости расположены преимущественно параллельно поверхности осаждения). Однако при некоторых технологических условиях удается получить как бестекстурный, так и пирографит с текстурой, образованной базисными плоскостями, перпендикулярными поверхности осаждения.

60

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2008

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

Пироуглерод обладает высокими, но анизотропными механическими свойствами. Наибольшей прочностью обладает пироуглерод, полученный при низких температурах. Температурная зависимость прочности пирографита аналогична графитовым материалам - при комнатной температуре прочность на растяжение ~ 60-80 МПа, при 2750 °С -200-500 мПа. Модуль нормальной упругости пирографита ~ 30-50 ГПа.

3. Пеки

К пекам относят твердые в обычных условиях, но плавкие продукты термических превращений асфальто-смолистых веществ, получаемых из нефти, каменного угля или другого органического сырья. В определенных условиях в пеках может зарождаться и расти жидкокристаллическая фаза (мезофа-за), которая обеспечивает образование анизотропного графитирующегося кокса. В связи с этим в настоящее время различают пеки изотропные (обычные, немезофазные) и анизотропные (мезофазные). Мезофазные пеки, как правило, получают при соответствующей подготовке (термообработка в определенных условиях) изотропных пеков.

Пеки имеют следующие фракции, отличающиеся по растворимости:

1) нейтральные смолы или мальтены, растворимые в легком бензине, пентане, гексане (у-фракция);

2) асфальтены, не растворимые в пет-ролейном эфире, но растворимые в горячем бензоле (в-фракция);

3) карбены, частично растворимые в тридине, хинолине, сероуглероде (а2-фрак-ция);

4) карбоиды, практически ни в чем не растворимые (а^фракция).

В результате термических превращений протекает переход фракций у - в - а2 -- ар сопровождающийся ростом молекулярной массы, т.е. в направлении, характерном для процесса карбонизации.

Ясной картины влияния химической структуры сырья на образование мезофазы не имеется.

Основной фактор, влияющий на структуру и механические свойства углеродных ма-

териалов - степень ориентации углеродных кристаллитов. Отмечается, что зарождение и рост анизотропных сфер, а также степень превращения изотропного пека в мезофазный зависит от температуры в интервале 390-430 °С и времени. Поэтому все способы получения мезофазных пеков включают нагрев сырья в заданном интервале в среде неокисляющего газа. Пеки из углеводородного сырья можно получить с помощью:

1) парофазного процесса, при котором сырье контактирует короткое время с парофазной нагретой средой;

2) жидкофазного, с продолжительным нагревом сырья.

С помощью этих методов можно в широких пределах, вплоть до 100 %, варьировать содержание мезофазы в пеке. Повышенное содержание мезофазы в пеке обеспечивает графитируемость и, следовательно, высокие физико-механические показатели конечного углеродного материала. Формирование мезофазы в пеках проводится при их термообработке в инертной среде азота или аргона при температуре 400-440 °С. Выход мезофазы определяется по количеству не растворимой в пиридине фракции, образующейся при термообработке. Подготовку пека с накоплением мезофазы проводят до пропитки волокнистых структур, т.к. углеродные волокна замедляют процесс возникновения мезофазы.

Формирование структуры и свойств углерод-кокса матрицы зависит от условий термообработки, которую можно условно разделить на несколько стадий:

- карбоназиацию (900-1423 °С) - разложение органических соединений и формирование молекулярной упорядоченной структуры углерод-кокса;

- предкристаллизацию (1400-2000 °C) - упорядочение атомов углерода в более совершенную структуру с образованием так называемых переходных форм углерода;

- гомогенную графитацию (20003000 °С) - превращение переходных форм углерода в поликристаллический графит.

Механические характеристики коксов пеков сравнимы с приведенными выше характеристиками пироуглерода.

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2008

61

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

4. Углеродные волокна

Углеродные волокна имеют диаметр 6-10 мкм и используются в УУКМ в виде нитей, содержащих до 320 000 элементарных волокон (филаментов). Углеродные волокна получают на основе полимерных полиакрил-нитрильных (ПАН) волокон и нефтяного пека. Широкое применение имеют ПАН-углеродные волокна. В этом классе волокон в зависимости от значений прочности и модуля упругости различаются так называемые высокопрочные (НТ) и высокомодульные (НМ) волокна. Высокопрочные волокна (3-5 ГПа) имеют пониженный модуль упругости, модуль упругости высокомодульных волокон при более низкой прочности (2-3 ГПа) превышает 400 ГПа.

Из пековых углеродных волокон для армирования используют лишь волокна, полученные на основе мезофазного пека (МРР). Эти волокна имеют модуль упругости свыше 500 ГПа и прочность около 2 ГПа.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Далее рассматриваются только ПАНуглеродные волокна.

Дефектность волокон, наряду с высокой степенью ориентации определяющая их высокую прочность, определяется главным образом структурой полимерного сырья и натяжением волокон при термообработке. Наличие дисклинаций и степень ориентации углеродных волокон сильно зависят от степени предварительной вытяжки полимера. Внутрислоевые дефекты и дефекты упаковки слоев в значительной мере устраняются термообработкой. Увеличение размера кристаллов и ориентация слоев преимущественно вдоль оси волокон приводят к возрастанию модуля упругости.

Термообработка при температурах 1300-2700 °С приводит к стабилизации прочности волокон при росте их модуля и в случае очень чистых ПАН-волокон не обязательно приводит к потере их прочности. Дефектность исходных полимерных волокон определяет характер дефектов конечного продукта. Поэтому необходимо, чтобы в процессе карбонизации полимерные волокна не плавились. Для этого перед карбонизацией структура термопластичных ПАН-волокон должна быть превращена в трехмерную

сшитую структуру. Эта стадия обработки волокон называется «стабилизацией». Стабилизация ПАН-волокон обычно осуществляется путем реакции циклизации и окислительной сшивки. Получаемый из трехмерно сшитого полимера углерод называется «полимерным углеродом». Дефекты затрудняют сдвиг вдоль атомных плоскостей и тем самым повышают прочность волокон. Наличием таких дефектов, в частности, объясняется высокий (0,345 нм) параметр кристаллической решетки ПАН-волокон далее при температурах обработки около 3000 °С.

Высокопрочные ПАН-углеродные волокна получают в результате низкотемпературной обработки (ниже 1400 °С), а высокомодульные при высокой температуре (1800-2700 °С). Исключением из этого правила являются разработанные в последнее время высокопрочные и способные к большому удлинению ПАН-углеродные волокна. Эти волокна (высокодеформируемые высокопрочные) имеют жесткость, промежуточную между высокопрочными и высокомодульными. Термообрабатываются они при средних (до 2000 °С) температурах.

5. Разрушение композитов с хрупкой матрицей

В случае композитов с хрупкой матрицей, которыми и являются УУКМ, условие множественного разрушения (волокна достаточно прочны и продолжают нести нагрузку при растрескивании матрицы)

^ ^ (1) где V и V2 - относительное объемное содержание волокон и матрицы; ар1 - напряжение разрушения волокон; ар2 - напряжение разрушения матрицы; s 2 - деформация разрушения матрицы.

Проводя преобразования, учитывая линейно-упругое поведение углерода, получим

V

а

pi

+1

а

p2

E_

E

>1,

(2)

где Е Е2 - модули нормальной упругости волокна и матрицы.

Используя приведенные выше данные для пирографита, получаем:

ар1 / ар2 * 50, E1 / E2 * 10, V1 > 0,2

62

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2008

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

Условие (2) легко выполнимо. Однако наши исследования, а также литературные данные [1] указывают на то, что разрушение углерод-углеродных композитов происходит единичным образом, не сопровождается множественным растрескиванием матрицы, хрупко от единичной трещины в матрице, беспрепятственно распространяющейся перпендикулярно волокнам.

Это может быть связано со следующими обстоятельствами. Во-первых, для реальных пироуглерода и пека, находящихся в композите на волокнах, вполне может быть о Jo . < Е/Е и условие (2) не будет выполняться. Во-вторых, вследствие разницы в текстурах, а также усадки волокон при термообработке при получении композита с помощью расчетов, можно показать, что напряжения, возникающие в материале в районе контакта фаз с различной структурой (в материале КИМФ таких фаз, как минимум 4: мелкозернистый, конусовидный и слоистый пироуглерод и волокна), и прежде всего матрицы и наполнителя, достаточно велики и сравнимы с op2.

Наиболее интересны два компонента: растягивающие напряжения в матрице в продольном направлении (параллельно оси волокон) и радиальные напряжения на поверхности раздела.

Обозначив о* вклад одного волокна в продольные остаточные напряжения, условие (2) перепишется как

V

_о_

О о

Р 2

Е

e2

о -

Р 2

>1.

(3)

Если ор1/ор2 и El/E2 сравнимы и о* сравним с op2, то остаточные напряжения могут играть определенную роль в разрушении материала.

В работе [2] рассмотрены условия расслаивания композита по границе волокно - матрица. Условие начала расслаивания записывается как

od = (4E,Gn / r)1/2, (4)

где r - радиус филамента;

G - работа, совершаемая для разрушения связи на единицу площади поверхности раздела.

Из нее очевидно следует зависимость напряжения расслаивания от радиуса волок-

на - с уменьшением его напряжение возрастает. Учитывая, что связь по границе раздела в углеродных материалах осуществляется за счет нелокализованных п-связей на границах кристаллитов, Gll будет зависеть от степени совершенства углеграфитных структур. Кроме того, весьма важным представляется вклад в G радиальных напряжений, возникающих на границе матрица - волокно. При высоком уровне сжимающих напряжений, возникающих из-за разницы в термическом расширении структурных составляющих материала, процесс расслаивания может быть подавлен.

Заключение

Итак, варьируя технологию получения и термообработку углеграфитных материалов, можно получить в композите разнообразные сочетания структурных состояний и соответственно прочности, модуля, термо- и остаточных напряжений. Используя соотношения (2), (3) и (4), можно определить пути перехода от единичного к множественному разрушению УУКМ и соответственно более полной реализации прочности волокон в углекомпозитах, а также повышению и стабилизации прочности материала.

При этом наиболее целесообразными и воспроизводимыми представляются эксперименты с относительно простыми системами - однонаправленными УУКМ.

Проводимые исследования на кафедре технологии машиностроения и ремонта (МГУЛ) совместно с НПО «Композит» [3], показывают возможность применения самосмазывающихся углерод-углеродных композиционных материалов.

Библиографический список

1. Батищев, А.Н. Восстановление деталей сельскохозяйственной техники / И.Г. Голубев, В.П. Лялякин.

- М.: Информагротех, 1995. - 296 с.

2. Тарнопольский, Ю.М. Пространственно-армированные композиционные материалы: справочник / Ю.М. Тарнопольский. - М.: Машиностроение, 1987.

3. Прохоров, В.Ю. Сравнительные исследования трибологических характеристик антифрикционных углерод-углеродных КМ для узлов трения / В.В. Быков, Г.Ф. Дружков // Научн. тр. МГУЛ.

- 1991. - Вып. 251. - С. 60-67.

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2008

63

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.