Изменение финишных характеристик фрикционного углерод-углеродного материала за счет плазмохимической модификации низкоплотной углеродной заготовки на основе графитированных волокон и пековых матриц
Аннотация. Цель. Поиск способа модификации характеристик фрикционных углерод-углеродных изделий, который будет экологически безопасен, обладать низкой себестоимостью процесса, отвечать современным требованиям организации рабочего места, и иметь возможность реализации в производственном масштабе.
Материалы и методы. В качестве объекта исследования применялись низкоплотные углерод-углеродные заготовки на основе графитированного волокна и на базе пековых матриц. Плазмохимическая обработка проводилась в струйном высокочастотном емкостном разряде пониженного давления, направленная на повышение физико- механических, фрикционных и антиокислительных характеристик готового изделия из композиционного материала. Для изменения физико-механических и фрикционных параметров материала использовался плазмообразующий газ воздух, для изменения антиокислительной стойкости – плазмообразующая смесь бензола с аргоном. После плазмохимической обработки низкоплотная углерод-углеродная заготовка проходила полный технологический цикл производства композиционного материала. Из полученного материала изготавливались специальные образцы, которые проходили испытания для определения предела прочности при сжатии, предела прочности при изгибе, коэффициента трения и величину линейного износа, антиокислительную стойкость. Испытания проводились по соответствующим ГОСТ и методикам предприятия.
Результаты. Плазмохимическая обработка с использованием плазмообразующего газа воздуха привела к значительному увеличению коэффициента трения, сохранению средних физико-механических показателей и величины линейного износа значений серийного материала, увеличению «времени жизни» композиционного материала при длительной эксплуатации. При использовании плазмообразующей смеси бензола с аргоном произошли значительные увеличения предела прочности при сжатии, коэффициента трения, антиокислительной стойкости при кратковременном и длительной эксплуатации материала, снижение величины линейного износа.
Заключение. На основе полученных результатов плазмохимическая обработка в струйном ВЧЕ разряде пониженного давления с использованием плазмообразующей смеси бензола с аргоном представляет интерес для модификации характеристик фрикционных углерод-углеродных материалов и может быть применена в промышленном масштабе.
Ключевые слова: плазмохимическая обработка, плазмообразующий газ, графитированные волокна, пековые матрицы, фрикционный углерод-углеродный композиционный материал, адгезионные свойства, антиокислительные свойства, низкоплотная заготовка.
Содержание не найдено
Литература
1. Гуляев И. Н., Павловский К. А. Высокомодульные углепластики для изделий гражданской авиационной техники: обзор // Труды ВИАМ. - 2023. - № 3(121). С. 95 ‒ 106. DOI: 10.18577/2307-6046-2023-0-3-95-106
2. Курносов, А. О. Стеклопластики конструкционного назначения для авиастроения / А. О. Курносов, Д. А. Мельников, И. И. Соколов // Труды ВИАМ. – 2015. – № 8. – С. 8: 10.18577/2307-6046-2015-0-8-8-8.
3. Железина, Г. Ф. Арамидные органопластики нового поколения для авиационных конструкций / Г. Ф. Железина, И. Н. Гуляев, Н. А. Соловьева // Авиационные материалы и технологии. – 2017. – № S. – С. 368-378. – DOI 10.18577/2071-9140-2017-0-S-368-378.
4. Лиханов, О. О. Возможности использования композитных материалов в авиационной технике / О. О. Лиханов, Т. А. Зайцева, А. Д. Яндышев // Международный журнал гуманитарных и естественных наук. – 2024. – № 10-5(97). – С. 7-10. – DOI 10.24412/2500-1000-2024-10-5-7-10
5.Бушуев Ю. Г. Углерод-углеродные композиционные материалы: справочник / Ю.Г. Бушуев, М.И. Персин, В.А. Соколов – Москва: Металлургия, 1994
6. Гарифуллин А. Р. Применение плазменного метода модификации поверхности углеродных волокон для повышения показателей механических свойств углеродных композиционных материалов / А. Р. Гарифуллин // Вестник Технологического университета. – 2016. – Т. 19, № 18. – С. 76-77.
7. Гарифуллин А. Р., Абдуллин И. Ш, Исрафилов И. Х., Мингалиев Р. Р., Скидченко Е. А. Повышение показателей адгезионных свойств композитов на основе углеродных волокон высокочастотным разрядом при пониженном давлении // Вестник технологического университета, – 2015, – Т. 18, № 17, – С. 169 – 170.
8. Гарифуллин, А. Р. Исследование воздействия высокочастотного емкостного разряда, применяемого для повышения адгезионных взаимодействий в композиционных материалах, на рельеф и структуру углеродных волокон / А. Р. Гарифуллин // Вестник Технологического университета. – 2016. – Т. 19, № 19. – С. 104-105.
9. Гарифуллин А. Р., Каримуллин И. И., Карноухов А. Е, Шаехов М. Ф. Исследование механических свойств углепластиков на основе углеродных тканей, модифицированных низкотемпературной плазмой // Вестник технологического
Модификация характеристик изделий из фрикционных углерод-углеродных материалов в струйном ВЧЕ разряде пониженного давления является экологически безопасным и низкобюджетным методом, применение которого будет рассмотрено далее.
Материал и методы исследования
Плазмохимическая обработка сырьевых материалов в производственном масштабе, используемых для получения углерод-углеродного композиционного материала, затруднительна, трудоемка и предъявляет особые условия для организации рабочего места. Жгуты (рис.1а) углеродного волокна электропроводны, при перегрузке из тары в специальные гильзы разделяются на филаменты либо менее крупные дискретные волокна, скорость витания составляет 0,5 м/с в связи с чем практически никогда не оседают, поэтому электрические шкафы должны иметь высокую степень пылевлагозащищенности (IP), помещени