Перспективы использования углерод-углеродных композиционных материалов на основе вискозных углеродных волокон для потребностей ракетно-космической техники

Abstract

Благодаря уникальному сочетанию низкой плотности, высокой механической прочности при повышенных температурах, высокой стойкости к термическим ударным нагрузкам и абляционной стойкости углерод-углеродные композиционные материалы (УУКМ) нашли широкое применение для изготовления элементов конструкций, испытывающих высокие термонагрузки. Повышение и стабилизация характеристик УУКМ, снижение стоимости являются важной научно-технической проблемой, которая приводит к поиску новых сырьевых материалов и технологических решений. Рассмотрены перспективы замены углеродных волокнистых наполнителей на основе полиакрилонитриловых (ПАН) прекурсов, которые традиционно используются при производстве УУКМ, на углеродные наполнители на основе вискозного сырья; показаны преимущества использования вискозных углеродных волокон при формовании изделий сложной формы, а также возможность получения изделий с высокими функциональными характеристиками. Создание УУКМ слоистой структуры армирования, в которых слои углеродной ткани чередуются со слоями из дискретных углеродных волокон, позволило повысить общую плотность углеродных композитов, обеспечить достаточно высокий уровень механических характеристик и стойкость к абляции.

Завдяки унікальній комбінації низької щільності, високої механічної міцності при підвищених температурах, високої стійкості до термічних ударних навантажень та абляційної стійкості вуглець-вуглецеві композиційні матеріали (ВВКМ) знайшли широке застосування для виготовлення елементів конструкцій, що зазнають високі термічні навантаження. Підвищення та стабілізація характеристик ВВКМ, зниження їх ціни є важливою науково-технічною проблемою і призводить до пошуку нових сировинних матеріалів та технологічних рішень. Розглянуті перспективи заміни вуглецевих волокнистих наповнювачів на основі поліакрилонітрилових (ПАН) прекурсорів, які традиційно використовуються при виробництві ВВКМ, на вуглецеві наповнювачі на основі віскозної сировини; показані переваги використання віскозних вуглецевих волокон при формуванні виробів складної форми, а також можливість отримання виробів з високими функціональними характеристиками. Створення ВВКМ шаруватої структури армування, в яких шари вуглецевої тканини чергуються з шарами із дискретних вуглецевих волокон, дозволило підвищити загальну щільність вуглецевих композитів, забезпечити достатньо високий рівень механічних характеристик та стійкість до абляції.

Due to the unique combination of low density, high mechanical strength under elevated temperatures, high resistance to thermal shock loads and ablation resistance, carbon-carbon composite materials (CCCM) are widely used for manufacturing of highly thermally loaded structural components. The important scientific and technical difficulty is to increase and stabilize CCCM properties, reduce cost and leads to searching for new raw materials and engineering solutions. The article describes the prospects of replacing carbon fiberfills based on PAN-precursors which are traditionally used for producing CCCM by carbon fillers on the basis of viscose raw material; shows the advantages of using viscose-based carbon fibers when forming products of complex shape as well as the possibility of obtaining products with high functional characteristics. The creation of CCCM of layered reinforcement structure, in which carbon fabric layers interleave with layers of discontinuous carbon fibers, enabled to increase the overall density of carbon composites, to ensure sufficiently high level of mechanical characteristics and resistance to ablation