ТРЕХМЕРНОЕ ТКАЧЕСТВО

Ткацкая технология получения преформы конечной формы, или приближенной геометрической формы будущего композиционного изделия

Описание

Трехмерное ткачество (3D-Ткачество) – это относительно новая ткацкая технология получения в одной технологической операции цельнотканой объёмно-армирующей преформы с заданным процентным содержанием волокон в системах армирования и с заданным объёмным содержанием волокон в преформе конечной формы, или приближенной геометрической формы будущего композиционного изделия. Первоначально область использования композиционных материалов с пространственным расположением армирующих волокон ограничивалась тепловой защитой космических и летательных аппаратов, так как именно в условиях высокоскоростного нестационарного температурного нагружения наиболее велика опасность расслоения слоистых конструкций, возникающая вследствие различных технологических макродефектов. Использование пространственно-армированных композиционных материалов для изготовления таких конструкций исключает расслоение, так как наличие армирующих волокон в третьем направлении препятствует распространению микротрещин, появляющихся в местах дефектов.

Известно несколько способов создания пространственно-армированных структур. К первой группе относятся материалы, пространственные связи в которых образуются за счет искривления всех или части волокон одного из направлений. Эти материалы создаются по традиционной системе двух нитей: искривленных нитей основы и прямолинейных нитей «утка». (Рис.1)

Рис.1

Ко второй группе относятся материалы, пространственные связи которых создаются за счет введения волокон третьего направления. Эти композиционные материалы образуются системой трех нитей в прямоугольной или цилиндрической системе координат. Волокна могут быть взаимно ортогональными в трех направлениях или располагаться под углом в одной из плоскостей армирования. (Рис.2)

Рис.2

Трехмерноармированные преформы могут быть созданы на специальных ткацких установках по тщательно разработанной технологической программе. На фотографии ниже показан разработанный и изготовленный силами ООО «Карбонтекс» ткацкий челночный автоматизированный комплекс. Применение трехмерноармированных преформ для изготовления композиционных материалов позволяет на порядок увеличить прочность на отрыв в трансверсальном направлении и существенно повысить сопротивляемость сдвигу по сравнению с прочностью слоистых материалов.

Объемные, трехмерные армирующие наполнители, получаемые методом 3D ткачества, могут быть как тонкостенными, так и толстостенными. Тонкостенные имеют сложный профиль и предназначены для формирования легких объемных, тонкостенных пустотных панелей или тонкостенных профилей, которые могут менять свой профиль, структуру и толщину по длине профиля. (Рис.3)

Рис.3

Толстостенные (полнотелые) – представляют собой объемную армирующую структуру, для формования объемных пластин или матов, весь объем которых заполнен армирующими нитями, расположенными в трех перпендикулярных направлениях, образуя ортогональную структуру армирования. (Рис.3) Также возможно и более сложное строение, когда к ортогональному строению добавляются нити, идущие под углом к вертикали. Отформованные на базе таких армирующих структур ПКМ изделия могут подвергаться дополнительной механической обработке, с учетом расположения армирующих элементов внутри неё.

Рис.4

CARBONTEX