Технологических процессов производства
СОДЕРЖАНИЕ
1. Основы проектирования технологических процессов производства 6
изделий из волокнистых композитов
2.Разработка и анализ технического задания на изделие из композита 15
3.Выбор технологической схемы для производства изделий из ВКМ 22
4.Выбор и расчеты оборудования и материального баланса 37
5.Выбор критериев и методов оценки качества изделий 45
6.Контроль параметров процесса и автоматизация производства 54
7. Спроектировать (реконструировать) предприятие (цех, участок) 68
по производству заданного изделия из КМ
Список использованных источников 79
ВВЕДЕНИЕ
Композиционные материалы (КМ) давно уже стали синонимом технического прогресса и их перспективность ни у кого не вызывает сомнения. На современном уровне развития техники, особенно машиностроения, требуются новые конструкционные материалы с заданными свойствами и характеристиками.
Новые специфические свойства, присущие только волокнистым КМ, появились в связи с развитием ракетостроения, аэрокосмической техники, специального машиностроения, химической промышленности, судостроения, строительной индустрии и др.
КМ представляет собой неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов, среди которых можно выделить армирующие элементы, обеспечивающие необходимые механические характеристики материала, и матрицу (или связующее), обеспечивающую совместную работу армирующих элементов. Эффективность и работоспособность КМ зависят от правильного выбора исходных компонентов и технологии их совмещения, призванной обеспечить прочную связь между компонентами при сохранении их первоначальных характеристик. В результате совмещения армирующих элементов и матрицы образуется комплекс свойств КМ, не только отражающий исходные характеристики его компонентов, но и включающие свойства, которыми изолированные ингредиенты не обладают.
Выбором типа и количества армирующего наполнителя и матрицы можно в достаточно широких пределах варьировать различные свойства КМ.
В свою очередь свойства изделий из КМ существенно зависят как от свойств компонентов КМ, так и от способов (технологии) производства КМ и формования изделий из них.
В общем случае под технологией в широком значении этого слова понимают научное описание методов, способов и средств производства продукции в какой-то отрасли промышленности.
Технология — совокупность методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья, материалов или полуфабрикатов, осуществляемых в процессе производства конкретного изделия, продукции.
Основная задача технологии как науки — выявление физических, химических, механических или других закономерностей с целью определения и использования на практике наиболее эффективных и экономичных производственных процессов.
Технология производства КМ неразрывно связана с конструкцией изделий, особенно когда они имеют сложную форму и требуют детальной проработки мест соединений под сварку, пайку, склеивание или клепку. Как правило, технология изготовления конструкций и изделий из КМ является многопереходной и предусматривает последовательную комбинацию нескольких процессов.
Успешное решение проблемы создания нового КМ и производства готового продукта в виде изделия возможно при наличии совершенного, передового технологического процесса. С этой целью производят проектирование новых технологических процессов создания и переработки КМ в изделия, базирующихся как на уже известных технологических процессах, так и на передовые достижения науки в области создания новых, перспективных ингредиентов КМ, технологии их совмещения и переработки.
Настоящее пособие предназначено для подготовки специалиста, способного самостоятельно разрабатывать рациональные технологические процессы производства изделий из композиционных материалов (КМ), удовлетворяющих требованиям технического задания (ТЗ), для конкретных областей промышленности.
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА
Промышленное производство
Организация промышленного производства является конечным этапом процесса проектирования технологических процессов производства готовой продукции, удовлетворяющей требованиям ТЗ.
Проектирование и оформление технологической документации на процессы находится в прямой зависимости от производства, на котором будет изготавливаться изделие и его комплектующие.
В общем случае производства классифицирует по: назначению, типу, организации,уровню применениясредств автоматизации и механизации, виду.
По назначению производства разделяют на основное, вспомогательное и опытное.
Основное производство — производство товарной продукции.
Вспомогательное производство— производство средств, необходимых для обеспечения функционирования основного производства.
Опытное производство — производство образцов, партий или серий изделий для проведения исследовательских работ или разработки конструкторской и технологической документации для установившегося производства. %
По типу производства подразделяются на единичное, серийное и массовое.
Единичное производство— характеризуется малым объемом выпуска одинаковых изделий, повторное изготовление и ремонт которых, как правило, не предусматривается.
Серийное производство— характеризуется изготовлением и ремонтом изделий периодически повторяющимися партиями.
Массовое производство— характеризуется большими объемами выпуска изделий, непрерывно изготавливаемых продолжительное время, в течение которого на большинстве рабочих мест выполняется одна рабочая операция.
Промышленные производства по организации разделяют на поточное, групповое и установившееся.
Поточное— производство с расположением средств технического оснащения и последовательным выполнением операций технологического процесса. Выпуск продукции осуществляют с определенным интервалом.
Групповое— производство характеризуется совместным изготовлением групп изделий с разными конструктивными, но общими технологическими признаками.
Установившееся— производство изделий по окончательно отработанной конструкторской и технологической документации.
К автоматизированнымотносят предприятия, в которых выполнение всех процедур, связанных с технической подготовкой и управлением производства, комплексно автоматизировано. На таких предприятиях используют системы САПР, АСТПП, АСУ, АСР, а ручной труд исполнителей отсутствует.
К механизированнымпроизводствам относят предприятие, в которых механизации подвергнуты вое процессы, связанные с ранее применяемым ручным трудом, опасными работами для здоровья человека.
Кроме того, производства разделяют повиду, т.е. признаку применяемого метода для изготовления изделия или его составных частей.
К наиболее распространенным относят: литейное, прессовое, механо-обрабатывающее, термическое, гальваническое, лакокрасочное, сборочное производства. В большей мере разделение производств по видам характерно для предприятий крупносерийного и массового типа.
При разработке технологической документации на процессы изготовления изделий и их составных частей осуществляют действия по взаимной увязке конструкторских и технологических документов и последующей их обработке. Стадии разработки таких документов охватывают все этапы, начиная от момента начала разработки до производства изделий.
Требования по стадиям разработки технологической документации установлены в ГОСТ 3.1102-82.
Комплекты документов (КД) на технологические процессы классифицируют по назначению, организации и степени описания (см. рис. 2).
Рисунок 2-Классификация комплектов документов(КД) на технологические процессы(ТП)
Все указанные КД можно условно разделить на две группы: документы для рабочих и не рабочих ТП.
К КД на рабочие ТП относят комплекты на рабочий, временный и стандартный ТП.
КД на рабочий ТПрегламентирует порядок выполнения процесса в условиях действующего или планируемого к введению в действие производства.
КД на временный ТП— это КД, который вводится временно, взамен предусмотренного или действующего рабочего ТП в связи с отсутствием соответствующих средств технологического оснащения. Часто такой комплект документов называют «обходная технология». Комплект документов на временный ТП вводят на определенный период времени и сроки его действия оговаривают в извещении и на первом листе.
Комплект документов на стандартный ТП— оформляют в виде стандарта предприятия (СТП) в соответствии с требованиями государственной системы стандартизации.
Комплект документов на директивный ТПпредназначается для проведения расчетов, определения необходимых средств технологического оснащения и т.д., с целью определения возможности размещения заказа на изготовление изделия на соответствующем предприятии.
В комплекте документов на перспективный ТПописывают новый прогрессивный технологический процесс с ориентацией на применение новых средств технологического оснащения, технологических методов изготовления и новых материалов.
Комплект документов на проектныйТП предназначен для решения задач, связанных с определением состава и размещением в технологической последовательности необходимого оборудования.
Комплект документов наТП информационногоназначения используется разработчиком технологических документов при разработке рабочей технологической документации. К категории таких документов относят типовые (групповые) технологические процессы, специализированные по методам изготовления, единичные технологические процессы на новые ТП и т.д. Как правило, указанные документы имеют отраслевой характер и издаются типографским способом в виде технических пособий методического характера.
Среди КД на технологические процессы по массовости одно из первых мест занимают КД на единичные технологическиепроцессы (ЕТП). Их применение не зависит от вида производства, применяемых методов изготовления и средств технического оснащения. В КД на ТП виды документов располагаются в определенном порядке в зависимости от их роли и состава вносимой информации.
КД на типовые и групповые технологические процессы относятся к унифицированным комплектам документов. По сравнению с КД на ЕТП указанные документы занимают меньший объем. Внедрение таких комплектов документов непосредственно связано со специализацией не только производства, но и рабочих мест и в отличии от ЕТП занимает больше времени.
Под типовым технологическим процессом(ТТП) понимают технологический процесс изготовления группы изделий с общими конструктивными и технологическими признаками.
Конструктивные признакихарактеризуют геометрическое (визуальное) описание изделия.
Технологические признаки включают:
—размерные (габаритные) характеристики;
—группу материалов;
—тип детали по технологическому методу изготовления;
—вид исходной заготовки;
—степень точности;
—вид дополнительной обработки и др.
Под групповым технологическим процессом(ГТП) понимают технологический процесс изготовления группы изделий с различными конструктивными, но общими технологическими признаками.
Типовая технологическая операция (ТО) характеризуется единством содержания и последовательностью выполнения технологических переходов для изготовления группы изделий с общими конструктивными признаками.
Под групповой технологической операцией(ГО) понимают операцию совместного изготовления группы изделий с разными конструктивными, но общими технологическими признаками.
В отличии от ТТП и ГТП, ТО и ГО имеют самостоятельное применение и могут быть использованы при разработке как ЕТП, так и ГТП.
Для определения экономической эффективности новой техники и технологии существует методика оценки, которая включает следующие основные положения:
1. На основании экономического анализа (экономический эффект, годовая производительность) принимают решение о целесообразности создания новой техники и технологических процессов.
2.Годовойэкономический эффект внедрения нового технологического процесса — суммарная экономия всех производительных ресурсов (труда, материалов, капитальных вложений и др.).
3.По сопоставлению приведенных затрат по базовой иновой технологии определяют годовой экономический эффект.
В этих целях определяют объем предполагаемого производства и его основные показатели.
Для объектного выбора базовой технологии проводят сопоставление сравниваемых вариантов по объему производства, фактору времени, социальному фактору (в том числе и по влиянию на окружающую среду) и др. На этапах НИР и ОКР за базу сравнения перед принятием решения о внедрении в производство новых технологий выбирают наилучшие отечественные и зарубежные аналоги.
Для проведения расчетов экономической эффективности необходимо иметь информацию о выбранной технологической схеме, стадийности процесса, рецикле ингредиентов ВКМ, утилизации отходов и т.п.
Как правило, разработку нового технологического процесса производят для нового КМ. При этом важно учитывать себестоимость как ингредиентов, так и собственно КМ при промышленном производстве, условия изготовления, переработки и эксплуатации изделий из ВКМ.
Основными задачами в области разработки современных технологических процессов являются:
1. Разработка новых ингредиентов КМ и собственно КМ (включает в себя исследования структуры, состава и свойств новых материалов, изучение технологических свойств и возможных областей применения и поведения материалов при эксплуатации).
2. Разработка новых технологических процессов производства новых КМ за счет:
—модернизации существующих технологий;
—создание новых технологий получения новых КМ;
—создание новых технологий переработки новых КМ в изделия;
—повышение производительности путем модернизации оборудования и интенсификации процесса (компьютеризация и автоматизация);
—улучшение качества изделий;
—снижение затрат на выпуск продукции, утилизацию отходов.
3. Разработка отдельных элементов технологических процессов, а
именно:
— разработка методов аналитического контроля, экспрессметодов;
—разработка аппаратурного оформления процесса или стадий (операции), включая новые решения;
— разработка методов автоматического контроля, регулирования и
управления.
Последовательно решая указанные задачи, выбирают технологическую схему разрабатываемого технологического процесса по изготовлению конкретного изделия с использованием традиционных или новых ингредиентов КМ, стандартного или специально сконструированного оборудования. Технологическую документацию на выбранный по назначению и виду организации и технологический процесс разрабатывают в соответствии с требованиями ЕСТД.
Для реализации разработанного ТП на промышленном предприятии оценивают имеющиеся производственные мощности действующих предприятий в соответствии с их назначением, типом и организацией производства и возможности создания нового производства. Основанием для начала работы над созданием проекта промышленного предприятия является согласованное и утвержденное в установленном порядке (согласно нормативного документа СНиП 1.11.101-95) Задание на проектирование.
Проект, или более точно, проектно-сметная документация — это комплект текстовых материалов и чертежей, пользуясь которыми можно построить то или иное здание или сооружение или комплекс зданий.
В задании (пояснительной записке) должны быть приведены основные технологические расчеты, полный материальный баланс получения готовой продукции и переработки отходов, принципиальные технологические схемы процесса с нанесенными на них обозначениями арматуры, трубо- и продуктопроводов, места установки и принципы действия контрольно-измерительных приборов (КИП), датчиков и исполнительных механизмов, систем автоматизации и механизации.
В результате последовательного решения указанного комплекса проблем возможно создание проекта промышленного предприятия по производству выбранной номенклатуры изделий по разработанному технологическому процессу.
РАЗРАБОТКА И АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ
НА ИЗДЕЛИЕ ИЗ КОМПОЗИТА
Цель и задачи занятия
Цель занятия — освоить методику и разработать техническое задание на конкретное изделие из КМ.
Задачи занятия:
1. Уяснить назначение конкретного изделия из КМ.
2.Сформулировать условия эксплуатации изделия.
3.Определить основные требования, предъявляемые к изделию.
4.Составить подробное описание технического задания на изделие из КМ.
Введение
Композиционные материалы (КМ) обладают уникальным комплексом свойств, благодаря которому они находят все большее применение в качестве исходного материала при создании изделий и конструкций различного назначения применительно ко многим отраслям народного хозяйства.
Разработку изделий из ВКМ начинают с выбора ингредиентов, конструирования КМ и создание на этой базе конструкции изделия.
Конструирование изделий из КМ начинают с разработки технического задания на объект конструирования.
Техническое задание
Основное содержание ТЗ сводится к следующему:
—наименование и основание для выполнения работы;
—цель, наименование и назначение изделия;
—состав изделия;
—технические требования к изделию;
—требования по назначению;
—технико-экономические требования;
—требования по видам обеспечения;
—требования к сырью, материалам, полуфабрикатам и деталям;
—требования к консервации; упаковке и маркировке;
—специальные требования;
—этапы выполнения работы;
—порядок выполнения и приемки этапов работы.
В зависимости от особенностей разрабатываемого изделия, условий его применения и эксплуатации допускается введение в ТЗ и других разделов.
Содержание разделов и подразделов ТЗ определяет заказчик.
При необходимости уточнения отдельных требований ТЗ в процессе выполнения работы должен быть указан этап работы, на котором эти требования уточняются.
В разделе «Наименование и основание...» указывают наименование работы и полное наименование документа, на основании которого должна выполняться данная работа, номер и дату утверждения и организацию, утвердившую документ.
Во втором разделе указывают цель выполнения работы, полное наименование, назначение и область применения разрабатываемого изделия, решаемые задачи и предполагаемые варианты применения изделия.
В разделе «Состав изделия» перечисляют основные, составные части изделия и/или приводят требования к составу изделия, назначению их составных частей. Если в качестве составных частей изделия применяют ранее разработанные другими предприятиями или покупные детали, то указывают обозначение документа и организацию производителя или код к общероссийскому классификатору продукции (ОКП).
В разделе «Технические требования...» указывают технические требования, характеристики, нормы, показатели и другие параметры, определяющие назначение, возможности и условия эксплуатации.
Раздел должен состоять из подразделов:
—требования по назначению;
требования по живучести и стойкости к внешним воздействиям;
—требования по надежности;
—требования по технической эстетике;
—требования по эксплуатации, удобству технического обслуживания, ремонта и хранения;
—требования по транспортабельности;
—требования по стандартизации и унификации;
—требования по технологичности;
—конструктивные требования.
Технико-экономические требования — требования, обеспечивающие разработку изделия в обоснованных пределах полной стоимости его жизненного цикла. Устанавливают ориентировочные предельные значения стоимости разработки, производства, эксплуатации и ремонта образца. Проводят технико-экономическое обоснование целесообразности разработки и постановки на производство изделия по комплексу показателей, в том числе и по критерию «эффективность—стоимость».
В разделе указывают требования по обеспечению экономии и рационального использования топливно-энергетических ресурсов, дефицитных материалов и т.п. (все в сравнении с аналогами).
В разделе «Требования по видам обеспечения» устанавливают требования и нормы по видам обеспечения образца, изделия для достижения заданной эффективности в процессе его применения и эксплуатации.
В подразделе «Метрологическое обеспечение» устанавливают требования к показателям метрологического обеспечения, к системам, методам и средствам измерений и контроля параметров образца и т.д.
В подразделе «Математическое, программное и информационное обеспечение» устанавливают требования к алгоритму, методикам, языкам, составу и структуре носителей информации и др.
«Требования к сырью...» охватывают:
— требования к комплектующим деталям, к покупным изделиям,
ЛВЖ, лакокрасочной продукции и материалам;
—устанавливают ограничения номенклатуры (видов, марок, типоразмеров) применяемого сырья, материалов и покупных деталей и изделий;
—возможность применения и/или ограничения к применению драг.металлов, материалов и сплавов, порядок их учета;
—возможность применения сырья, материалов и изделий неотечественного производства;
—требования к физико-химическим, механическим и другим свойствам отдельных видов сырья и материалов, определяющих качество изделия.
В разделе «^Требования по консервации...» устанавливают:
—требования к консервации с учетом сроков и условий хранения;
—требования к упаковке (тара, упаковочный материал, крепление изделия и т.д.) и количество изделий в одно укладочное или транспортное место;
— требование к маркировке изделия, тары и качеству маркировки.
«Специальные требования»— это комплекс требований, регламентирующих применение оснастки и ремонтно-технологического оборудования, методов испытаний изделий с целью обеспечения их надежной эксплуатации и выполнения ремонтных работ. Сюда же относят требования по патентной чистоте и патентоспособности изделия и его составных частей.
В разделе «Этапы выполнения работы»устанавливают наименование обязательных этапов работы и конкретный перечень работ, выполняемых на каждом этапе.
В этом же разделе указывают сроки выполнения этапов работы и конкретных исполнителей.
«Порядок выполнения и приемка этапов работы»включает:
—правила и порядок выполнения и приемки этапов работы;
—необходимость разработки, изготовления и испытания макетов изделий на этапах эскизного и технического проекта, их перечень и количество;
—количество опытных образцов, необходимых для проведения всех
категорий и видов испытаний;
место (организацию) испытаний изделий (предварительные и приемочные испытания);
— требования по разработке конструкторской и технологической документации в соответствии с требованиями стандартов ЕСКД и ЕСТД и проведению технико-экономической оценки результатов выполненной работы, а
также состав, количество комплектов и перечень рассылок отчетной научно-
технической документации и др.
Требования к оформлению ТЗ
Техническое задание на разработку должно быть оформлено в соответствии с общими требованиями к текстовым документам по ГОСТ 2.109-79 на листах формата А4 по ГОСТ 2.301-68 без рамок.
Схемы, чертежи и таблицы допускается выполнять на листах формата А4, A3, А2. Титульный лист ТЗ оформляют по следующей форме:
Утверждаю Согласовано
Должность, заказчик должность, головное министерство-исполнитель
Подпись,инициалы,фамилия подпись,инициалы,фамилия
200_г _ 200_г
Техническое задание на (научно-исследовательскую или опытно-конструкторскую) работу
наименование, номер госрегистрации работы
наименование (индекс) изделия
Часть*_________________________
Действует с дополнением**_________________________
* — если ТЗ в двух или более частях ** — если имеются дополнения к ТЗ
На последнем листе ТЗ после основного текста документа помещают подписи разработчиков ТЗ (слева) и согласующие подписи других организации (справа), например:
текст
должность, организация должность, головной
заказчика-разработчика ТЗ исполнитель работы
подпись, инициалы, фамилия подпись, инициалы, фамилия
200 _г
Согласовано
должность, другие организации, согласующие ТЗ
подпись, инициалы, фамилия
200 г
Требования в каждом подразделе располагают в зависимости от степени их важности и характера.
Значения показателей качества продукции увязывают с предельными отклонениями или максимальными и минимальными значениями.
Порядок согласования и утверждения ТЗ
ТЗ на работу согласовывает с другими организациями и утверждает в установленном порядке заказчик. ТЗ согласовывают:
—с головным министерством-исполнителем работы;
—с исполнителем составных частей;
—с другими организациями.
Примечание. ТЗ, выполняемое на конкурсных началах, согласованию с исполнителями не подлежит.
Дополнение к содержанию ТЗ
В зависимости от вида, назначения, условий производства и эксплуатации продукции допускается уточнять содержание разделов, вводить новые или объединять отдельные из них. Отдельные требования, подлежащие уточнению в процессе разработки, записывают по типу: «Окончательное требование (величина)... уточняется в процессе разработки продукции и согласовывается с ...на стадии...» При проведении экспертизы конструкторской документации указывают перечень документов, представляемых на экспертизу, стадии, на которых она проводится, и место ее проведения.
В разделе «Порядок контроля и приемки» указывают:
—перечень конструкторских документов, подлежащих согласованию и утверждению на отдельных стадиях разработки в соответствии с требованиями ЕСКД и перечень организаций, с которыми следует их согласовать;
—общие требования к приемке работы на стадиях (этапах) разработки, количество изготовляемых опытных образцов, а также предъявляемых на приемочные испытания, сроки и место их проведения (организации, предприятия).
В приложениях к ТЗ приводят обоснование заданных показателей в соответствии с лучшими отечественными и зарубежными достижениями в данной области. В приложении при необходимости приводят:
—перечень НИР и других работ, обосновывающих необходимость проведения разработки (при большом их объеме);
—чертежи, схемы, основания, объяснения, изобретения, расчеты — необходимые при разработке продукции;
—перечень заинтересованных организаций, с которыми согласовывают решения при разработке продукции;
— перечень нового технологического оборудования, подлежащего
разработке в связи с разработкой продукции по ТЗ;
— справочные и другие материалы.
Практическая часть
Разработку ТЗ начинают после уяснения задания руководителя занятий.
Определяют содержание разделов и подразделов и приступают к описанию и составлению ТЗ в последовательности, изложенной выше.
Разработанное ТЗ оформляют в виде документа в соответствии с требованиями ГОСТ.
При описании текста ТЗ необходимо предусмотреть, что отдельные его разделы в виде составных частей могут быть направлены для выполнения в организации-соисполнители. Поэтому содержания разделов ТЗ должно быть достаточно полным и ясным, включать необходимые для реализации указанного раздела ТЗ информацию и данные. После согласования с преподавателем разработанный документ (ТЗ) должен быть защищен коллективом авторов (разработчиков) на практическом занятии. При необходимости на защиту ТЗ представляют (кроме пояснительной записки) основной чертеж изделия и его составных частей с указанием возможных вариантов соединения элементов в готовое изделие.
Контрольныевопросы
1.Цель и задачи занятия.
2.Техническое задание на объект конструирования.
3.Содержание технического задания.
4.Требования к оформлению ТЗ.
5.Порядок согласования и утверждения ТЗ.
6.Руководящие документы для разработки ТЗ на изделие.
7.Назначение, состав и технические требования к изделию.
8.Технико-экономические требования.
9.Этапы выполнения и порядок приемки работы.
10. Приложения к ТЗ.
Выбор ингредиентов КМ
Основными характеристиками для выбора волокнистого материала являются относительная стоимость С=Ц-р/0в и удельные прочность-oVp и упругость Ев/р (Ц —цена, р — плотность волокнистого наполнителя, -св и -Ев — прочность при растяжении и модуль упругости соответственно).
С учетом комплекса требований ТЗ и при C=min, -ав/р=п1ах и •Ев/р=тах осуществляют выбор наполнителя.
При выборе геометрической формынаполнителя учитывают их влияние на распределение нагрузки в композиции, на механизм разрушения КМ, а также учитывают размеры и конструкцию изделия, условия эксплуатации и др.
Для изделий малой толщины и сплошной конфигурации предпочтительнее использовать высокодисперсные наполнители (порошки и т.д.), т.к. они легко распределяются в связующем.
В случае использования волокнистого наполнителя (волокна, нити, жгуты) прочность наполнителя в изделии используется максимально.
Замена монолитных волокон полыми (капилярными) позволяет резко увеличить прочность и жесткость изделий присжатии иизгибе, однако их использование в изделиях, работающих на растяжение, не эффективно.
Выбор оптимального диаметранепрерывных волокон осуществляют по формулам: |
(при растяжении)
(при сжатии)
где — толщина слоя связующего между волокнами;
— относительное удлинение при разрыве матрицы и волокна соответственно;
—разрушающее напряжение при сжатии однонаправленного КМ;
G — модуль сдвига связующего.
При создании КМ с требуемыми выбор оптимального соотношения ингредиентов осуществляют по зависимостям:
и
,
где и VB — пределы прочности и объемная доля волокон в КМ;
— предел текучести матрицы;
и Ем — модуль упругости волокна и матрицы соответственно.
Для полной реализации механических свойств волокон в КМ необходимо соблюдение условия
Определение оптимальной степени наполненияпроизводят из соотношений или по номограмме (см. рис. 4).
Диаметр волокна,мкм
Рис. 4. Зависимость толщины пленки связующего от диаметра волокон
при однонаправленном расположении волокон и различной
степени наполнения.
и
,
Где — минимальная толщина прослойки связующего между волокнами ;
D — диаметр волокна;
VBV — объемное содержание волокон;
коэффициент капиллярности; d н
и — внутренний и наружный диаметры полого волокна.
Выбор схемы армированияосуществляют на основании данных о распределении силового поля и характера нагружения, направлений и значений действующих сил, углов армирования и количество волокон в каждом направлении.
В общем случае при выборе схем армирования придерживаются следующих принципов:
—ориентацияэлементарных волокон или нитей в КМ одномерна в направлении вектора приложенной нагрузки;
—объемное содержаниеволокон должно быть большим и стремиться к своему предельному значению;
—волокнав системе равнонагруженыи работают одновременно;
—число перекрещивающихся слоев(для многослойных КМ) должно быть одинаковым;
—волокна (слои) должны быть качественно склеены междусобой.
При использовании в качестве наполнителей тканых материалов в основном придерживаются вышеприведенных принципов. При этом учитывают (для конкретных условий эксплуатации КМ) и вид прилагаемой нагрузки (растяжение, сжатие, изгиб, кручение).
Таким образом, выбирая форму, размеры и материал наполнителя, можно получить достаточно точные данные о том, из какого материала должен быть второй компонент КМ.
Выбор матрицы (связующего).Полимерная матрица является важнейшим компонентом КМ, определяющим его технологические и эксплуатационные свойства. В качестве матрицы в КМ используют отверждаемые эпоксидные, полиэфирные и др. термореактивные смолы, а также полимерные термопластичные материалы. Матрица (связующая композиция) должна обладать определенным комплексом свойств, среди которых можно выделить:
— наличие реакционно-способных функциональных групп (-С-С-,
-СООН,-SН и др.) О
—достаточная для переработки вязкость;
—хорошая смачивающая способность по отношению к материалу наполнителя и хорошая адгезия;
—адгезия матрица — наполнитель должна быть больше когезионной прочности связующего;
—обладать высокой скоростью отверждения;
—не выделять при отверждении низкомолекулярных побочных продуктов;
—должна обеспечивать идеально-упругое поведение материала КМ и др.
Для улучшения физических, механических, технологических и спе