Получение и применение новых многоуровневых термопластичных композиционных материалов с углеродными наночастицами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Кобыхно Илья Александрович

• Кобыхно Илья Александрович
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Кобыхно Илья Александрович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Полимерные матрицы

1.2 Термопластичные полимерные композиционные материалы

1.3 Методы получения препрегов на основе термопластичных полимеров

1.3.1 Пропитка из суспензии полимерного порошка

1.3.2 Сухая порошковая пропитка

1.3.3 Пропитка из расплава полимера

1.3.4 Пропитка из раствора полимера

1.3.5 Изготовление гибридных нитей

1.3.6 Ламинирование

1.4 Многоуровневые полимерные композиционные материалы

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

2.1 Материалы

2.2 Методы получения образцов

2.2.1 Метод получения образцов ТПКМ

2.2.2 Метод получения образцов полимеров и полимерных нанокомпозитов

2.3 Методы исследования образцов

2.3.1 Исследование на стойкость к у-радиации

2.3.2 Исследование на стойкость к термоциклированию

2.3.3 Исследование кинетики кристаллизации полиэфирэфиркетона

2.3.4 Испытание на растяжение

2.3.5 Испытание на 3-х точечный изгиб

2.3.6 Исследование структуры образцов

2.3.7 Испытание на газопроницаемость по гелию

2.3.8 Определение степени кристалличности образцов

2.3.9 Трибологические испытания образцов

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ОДНОНАПРАВЛЕННЫХ ТЕРМОПЛАСТИЧНЫХ ЛЕНТ НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДНЫХ ВОЛОКОН

3.1 Исследование влияния процесса пропитки углеродных волокон на свойства композиционного материала

3.2 Исследование кинетики спекания полимерного порошка в процессе пропитки углеродного волокна

3.3 Исследование кинетики кристаллизации полиэфирэфиркетона из аморфного состояния

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВУЮЩИХ ФАКТОР НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

4.1 Исследование влияния у-радиации на прочностные свойства ТПКМ

4.2 Исследование влияния термоциклического воздействия на свойства ТПКМ

ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НАНОЧАСТИЦ НА СВОЙСТВА МНОГОУРОВНЕВЫХ ТЕРМОПЛАСТИЧНЫХ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

5.1 Исследование свойств полимерных нанокомпозитов

5.2 Исследование влияния введения наночастиц на свойства многоуровневых ТПКМ

ГЛАВА 6. ИССЛЕДОВАНИЕ ТРИБОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРНОЙ МАТРИЦЫ И МНОГОУРОВНЕВЫХ ТЕРМОПЛАСТИЧНЫХ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

6.1 Исследование трибологических свойств полиэфирэфиркетона в зависимости от показателя текучести расплава

6.1.1 Исследование силы трения полиэфирэфиркетона в широком интервале скоростей и нагрузок

6.1.2 Анализ экспериментальных данных с использованием двухчленного закона трения и разработка феноменологической модели трения ПЭЭК

6.1.3 Исследование износостойкости образцов полиэфирэфиркетона

6.2 Исследование влияния наночастиц на трибологические свойства многоуровневых ТПКМ

ГЛАВА 7. РАЗРАБОТКА И ВАЛИДАЦИЯ КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОЙ МОДЕЛИ МАТЕРИАЛА

7.1 Методы многоуровневого моделирования

7.2 Многоуровневые модели композиционных материалов на основе термопластичного полимера

7.3 Моделирование влияния технологических дефектов на свойства ТПКМ

7.3.1 Учет отличия углов ориентации отдельных волокон от номинального значения

7.3.2 Учет непрямолинейности отдельных волокон в композите

7.4 Валидация моделей двухуровневых композиционных материалов

7.4.1 Определение эффективных упругих характеристик

7.4.2 Методика проведения вирутальных испытаний

7.4.3 Валидация на основе испытаний на изгиб

7.4.4 Валидация на основе испытаний на растяжение

7.5 Моделирование изделий из разработанного ТПКМ с применением конечно-элементной модели материала

7.5.1 Оптимизация углов укладки слоев препрега в плоской панели

7.5.2 Оптимизация углов укладки препрега при изготовлении трубчатой опоры

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Получение и применение новых многоуровневых термопластичных композиционных материалов с углеродными наночастицами»

ВВЕДЕНИЕ

Полимерные композиционные материалы (ПКМ) на основе углеродных волокон, обладая уникальным сочетанием высокой прочности, упругости и низкой плотностью, находят все большее применение во многих критических отраслях промышленности, в особенности, в авиастроении и ракетно-космической промышленности. Однако развитие этих отраслей промышленности требует разработки новых ПКМ, которые, помимо статической прочности, должны обладать комплексом свойств, включая: остаточную прочность после ударных и циклических (в том числе знакопеременных) нагрузок, устойчивость к различным видам излучения (гамма-радиация, ультрафиолет и т.п.), коррозионную стойкость, широкий интервал эксплуатационных температур (включая криогенные), низкий коэффициент трения и высокую износостойкость. Помимо эксплуатационных характеристик материала, показателем эффективности его применения является себестоимость и стоимость полного производственного цикла изготовления изделий.

Наиболее перспективными материалами, которые могут удовлетворять всем предъявляемым требованиям, являются термопластичные полимерные композиционные материалы (ТПКМ) на основе углеродных волокон. Принципиальным отличием ТПКМ от традиционно применяемых ПКМ является использование в качестве материалов матрицы, конструкционных и суперконструкционных термопластичных полимеров, таких как: полиамид, полиэфиримид, полифениленсульфид, полиэфирэфиркетон и т.д. В отличие от традиционно применяемых термореактивных полимеров (эпоксидная, полиэфирная смола), термопластичные полимеры значительно повышают устойчивость ПКМ к ударным нагрузкам и расширяют диапазон эксплуатационных температур, в особенности в области отрицательных и криогенных. Также широкая номенклатура термопластичных полимеров позволяет подбирать материал с лучшим соотношением стоимость-свойства под конкретные условия эксплуатации. Помимо уникальных эксплуатационных свойств, ТПКМ

позволяют перейти к принципиально новым производственным процессам на основе аддитивных безавтоклавных технологий, включая роботизированную выкладку ленты с нагревом лазерным излучением, 3D печать сетчатых конструкций и горячую штамповку. Использование таких технологий приводит к снижению продолжительности производственного цикла изготовления изделия за счет значительного сокращения времени производства и снижения трудоемкости.

В последние годы появились работы, посвященные разработке многоуровневых полимерных композиционных материалов, в которых, помимо микронаполнителя (резанных или непрерывных волокон), дополнительно вводятся различные наночастицы. Наибольшее распространение получили углеродные наночастицы: углеродные нанотрубки (УНТ), оксид графена и восстановленный оксид графена (ВОГ), наночастицы оксида кремния (аэросил). Показано, что такие добавки существенно увеличивают прочность, жесткость, вязкость разрушения-в основном за счет улучшения адгезии между волокном и полимерной матрицей. Таким образом, многоуровневые композиционные материалы, полученные путем введения углеродных наноструктур в полимерную матрицу, фактически являются новым классом ПКМ, обладающим повышенными механическими и упругими свойствами. Однако, механизмы влияния наночастиц на адгезионное взаимодействие все еще остаются мало изученными, а также они склонны к агломерации, что делает их равномерное распределение в полимерной матрице сложной технологической операцией от которой значительно зависят свойства конечного материала

В связи с этим, актуальным является разработка технологии получения многоуровневых термопластичных композиционных материалов с добавками наночастиц, исследование влияния технологических параметров получения и введения наночастиц на его прочностные и трибологические свойства, а также оценка эффективности применения разработанных материалов для различных применений.

Цель работы: Теоретический и экспериментальный анализ влияния технологических параметров получения многоуровневых термопластичных

композиционных материалов с углеродными наночастицами на их эксплуатационные свойства и оценка эффективности их применения в различных отраслях техники.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

1. Разработать технологию получения препрега и провести анализ влияния основных технологических параметров процесса на свойства двух- и многоуровневых термопластичных композиционных материалов.

2. Изучить влияние у- радиации и криогенных температур на механические свойства и газопроницаемость ТПКМ.

3. Изучить механизмы влияния углеродных наночастиц на механические свойства термопластичных композиционных материалов.

4. Изучить влияние углеродных наночастиц на трибологические свойства ТПКМ в условиях различных типов фрикционных контактов.

5. Разработать конечно-элементную модель материала, учитывающую его дефекты и механизм разрушения.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

1. Установлено, что фуллереновая сажа, не образуя химической связи с полимером, приводит к резкому снижению его предела вынужденной эластичности и удлинения до разрушения. При этом введение наночастиц в состав ТПКМ приводит к увеличению предела прочности и модуля упругости композита за счет повышения адгезионного взаимодействия между углеродным волокном и полимером.

2. Установлена зависимость трибологических свойств полиэфирэфиркетона от его молекулярной массы. Разработана феноменологическая модель, основанная на двухчленном законе трения, учитывающем истинный коэффициент трения и межмолекулярную (адгезионную) составляющую силы трения, описывающая зависимость силы трения от скорости скольжения и молекулярной массы полимера.

3. Установлено, что введение наночастиц в ТПКМ приводит к увеличению силы трения за счет повышения коэффициента трения и адгезионной

составляющей силы трения. Показано, что адгезионная составляющая силы трения линейно возрастает от концентрации наночастиц и не зависит от направления трения относительно ориентации волокон.

4. На основе теоретического и экспериментального исследования процесса спекания полимерных порошков на поверхности углеродных волокон определены кинетические параметры процесса спекания в зависимости от размера частиц и молекулярной массы полимера при формировании структуры однонаправленных препрегов, получаемых пропиткой из суспензии.

Практическая значимость работы:

1. Разработана технология получения многоуровневых термопластичных композиционных материалов на основе углеродных волокон, обладающих повышенными физико-механическими характеристиками. Получен патент на метод распределения наночастиц в полимерном композиционном материале. Разработаны и утверждены технические условия ТУ 23.99.14-001-02068574-2021 на однонаправленные ленточные препреги.

2. Предложены математические модели ключевых стадий технологического процесса получения однонаправленных термопластичных лент, применение которых позволят значительно ускорить выбор технологических режимов для получения композитов с любым типом полимерной термопластичной матрицы.

3. Разработана математическая модель, описывающая зависимость коэффициента трения полиэфирэфиркетона от молекулярной массы, позволяющая проводить выбор конкретной марки полимера для заданных условий трибологического контакта.

Диссертационная работа содержит следующие положения, выносимые на защиту:

1.Технология получения многоуровневых термопластичных композиционных материалов на основе углеродных волокон.

2. Закономерности влияния углеродных наночастиц на прочностные свойства полимера и многоуровневых термопластичных композиционных материалов.

3. Математическая модель зависимости силы трения в паре полиэфирэфиркетон-сталь от молекулярной массы полимера и условий фрикционного контакта.

Диссертация состоит из семи глав. В первой главе проведен анализ состояния вопроса получения термопластичных полимерных композиционных материалов, определены основные технологические особенности существующих методов для получения многоуровневых термопластичных полимерных композиционных материалов и возможности их развития. Проанализированы результаты исследований влияния введения наночастиц в состав полимерных композиционных материалов на их прочностные свойства. Рассмотрены основные механизмы повышения физико-механических характеристик многоуровневых ПКМ в зависимости от типа и морфологии наночастиц. Во второй главе описаны используемые в работе исходные материалы, методы получения образцов, исследовательское оборудование и методики исследования. В третьей главе представлены результаты разработки метода и исследования влияния технологических параметров процесса получения однонаправленных термопластичных лент на их структуру и свойства. Подробно описаны все стадии технологического процесса и подобранны математические модели, описывающие кинетику каждой из них. Определены кинетические параметры процесса спекания полимерного порошка на поверхности углеродного волокна, установлены зависимости скорости спекания от реологических свойств полимера и гранулометрического состава порошка. В четвертой главе проводится экспериментальное исследования влияния внешних воздействующих факторов на прочностные свойства разработанного материала. Выявлен механизм снижения прочностных свойств материала при воздействии ионизирующего излучения, заключающегося в деструкции аппретирующих веществ на границе раздела углеродное волокно - полимерная матрица, приводящая к образованию дефектов адгезии. Определен характер газопроницаемости композиционного материала, описывающегося законом Фика. В результате исследования показано, что общая характеристика натекания не изменяется после 50 циклов термического

воздействии в диапазоне температур от -196 до 200 °С. В пятой главе представлены результаты исследования влияния углеродных наночастиц (фуллереновой сажи) на свойства чистого полимера и многоуровневых термопластичных полимерных композиционных материалов. Установлено, что введение фуллереновой сажи в полимер приводит к уменьшению сегментативной подвижности макромолекул, вследствие чего наблюдается снижение как предела прочности образцов, так и удлинения до разрушения. При этом между полимером и наполнителем не происходит химических реакций или пластификации полимера. Выявлено, что введение наночастиц в ТПКМ приводит к значительному росту адгезионной прочности на границе раздела волокно-полимер, что приводит к повышению физико-механических свойств композиционного материала. В шестой главе показаны результаты экспериментально исследования трибологических свойств полиэфирэфиркетона и многоуровневых термопластичных композиционных материалов, наполненных углеродными наночастицами. Установлено, что для описания экспериментальных данных необходимо применение двухчленного закона трения, учитывающего адгезионное взаимодействие между исследуемым материалом и контртелом трения. Разработана феноменологическая модель, описывающая зависимости силы трения от условий фрикционного контакта и молекулярно-массовых характеристик полиэфирэфиркетона. Выявлено, что введение фуллереновой сажи в состав ТПКМ приводит к росту как истинного коэффициента трения, так и адгезионной составляющей силы трения, но при этом наблюдается значительное снижение скорости износа материала. В седьмой главе представлены результаты разработки высокоадекватной конечно-элементной модели полученного композиционного материала. Показаны основные методологические подходы к учету технологических дефектов, возникающих в материале. Показана необходимость учета прогрессирующего разрушения, при котором разрушение материала начинается в полимерной матрице для точного описания физико-механических характеристик разработанного материала. С использованием полученной модели проведена оптимизация двух изделий, в части выбора рациональных углов армирования для снижения деформации изделия и уменьшения возникающих напряжения при воздействии различный условий нагружения.

Личный вклад автора состоит в составлении плана экспериментов по разработке технологии получения термопластичных композиционных материалов и его практическом выполнении, исследовании влияния технологических параметров процесса и внешних воздействующих факторов на свойства материала, изучении прочностных и трибологических свойств композита, анализе и изложении полученных результатов исследования.

Основные результаты работы были представлены и обсуждались на следующих конференциях: Baltmattrib 2016, 25th International Baltic Conference of Engineering Materials&Tribology (Рига, Латвия, 2016 г.), Десятый Всероссийский форум студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и инновации в технических университетах» (Санкт-Петербург, 2016 г.), Научная конференция с международным участием «Неделя науки СПбПУ» (Санкт-Петербург, 2018 г.), Международная научная конференция «Современные материалы и передовые производственные технологии (СМППТ-2019)» (Санкт-Петербург, 2019 г.), Научная конференция с международным участием «Неделя науки СПбПУ» (Санкт-Петербург, 2020 г.), XVII Международная научно-практическая конференция «Новые полимерные композиционные материалы» (Нальчик, 2021 г.).

Основные положения диссертации опубликованы в 5 работах, входящих в базу Scopus, зарегистрированы права на одно изобретение

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Все более широкое применение полимерных композиционных материалов (ПКМ) связано с тем, что они позволяют обеспечить уникальный уровень удельной прочности и модуля упругости, практически не доступный для других материалов. Помимо физико-механических характеристик, ПКМ зачастую обладают и уникальными специальными свойствами, включая радиопрозрачность, коррозионную стойкость и т.п. Впервые полимерные композиционные материалы были применены при изготовлении защитного обтекателя радарной установки. Для этого был использован композит на основе стеклянных волокон и термореактивной смолы, так как такой материал одновременно обладал радиопрозрачностью, высокими прочностными свойствами, необходимыми для защиты конструкции, а также низкой массой [1].

Среди всего многообразия полимерных композиционных материалов наибольшее распространение получили именно композиты, наполненные различными типами волокон, включая стеклянные, углеродные и полимерные (например - арамидные). Связанно это в первую очередь с тем, что волокнистые материалы обладают уникальными физико-механическими свойствами. В таблице 1.1 приведено сравнение прочностных, в том числе и удельных свойств различных материалов. Результаты сравнения материалов показывают, что для большинства сплавов удельная прочность лежит в диапазоне от 100 до 200 МПа*см3/г, а удельный модуль для всех одинаковый. Полимерные материалы в ненаполненном виде обладают более низкими значениями физико-механических характеристик и могут применяться только в ненагруженных конструкциях или как функциональные материалы. Несмотря на то, что керамические материалы имеют высокие значения твердости, они являются достаточно хрупкими и не могут выдерживать даже незначительные ударные нагрузки. Анализ литературных данных по свойствам различных волокон показал, что все они обладают крайне высокими удельными характеристиками. Но стоит учесть, что в исходном виде волокнистые материалы не могут применятся для изготовления нагруженных

конструкций, и единственный метод реализации их физико-механических свойств — это изготовление ПКМ на их основе [2-4].

Таблица 1.1 - Сравнение физико-механических свойств различных

материалов

Материалы Об, МПа E, ГПа р, г/см3 о/р E/р Ö, %

Сплавы

Алюминий 6061Т6 310 69 2,71 114,4 25,5 17

Сталь 4340 1030 200 7,83 131,5 25,5 19

Титан 6AL4V 880 144 4,83 198,4 25,7 14

Полимеры

Полиамид 6/6 (нейлон) 75 2,8 1,14 65,8 2,5 50

Поливинилхлорид (ПВХ) 40 3,1 1,44 27,8 2,2 40

Эпоксидная смола, Hexply8552 121 4,7 1,3 93,1 3,6 1,7

Полифениленсульфид, Fortron 0214B1 86 4,1 1,4 61,4 2,9 3

Керамика

Корунд (ЛШ3) 2600 375 3,89 668,3 96,4 -

Карбид кремния (SiC) 3900 410 3,1 1258 132,2 -

Стеклянные волокна

E-glass (стекловолокно) 3448 72 2,54 1357,5 28,3 4,8

S-glass (стекловолокно) 4890 87 2.46 1987.8 35.8 5.7

Полимерные волокна

Kevlar 49 (волокно) 3620 112 1,44 2514 77,8 2,4

Zylon-AS PBO (волокно) 5800 180 1,54 3766,2 116,9 3,5

Углеродные волокна на основе полиакрилонитрила (ПАН)

IM10, фирма Hexel 6964 303 1,79 3890,5 169,3 2,1

SYT49 4900 230 1.79 2737,4 128,5 1.9

Углеродное волокно на основе каменоугольного пека

P-120S 2240 830 2,13 1051,6 389,7 0,42

Мировой объем выпуска полимерных композиционных материалов составляет 17,7 млн. тонн в год. При этом на транспорт приходиться 28%, на строительство 20%, на электронику и электротехнику 16% и 15% занимает производство труб и резервуаров для хранения жидкостей или газов. Оставшийся 21% приходится на различные специализированные или общехозяйственные задачи [5].

1.1 Полимерные матрицы

Физико-механические свойства полимерных композиционных материалов в основном определяются типом используемого волокна, однако такие свойства как термостойкость, устойчивость к воздействию внешней среды и ряд специальных свойств будут определяться именно типом полимерной матрицы [6-7].

Одним из важнейших подходов к классификации полимеров является их деление на термореактивные и термопластичные полимеры. Такая классификация строится на том, как материал ведет себя при воздействии температуры. Так, термопластичные полимеры - это полимеры, способные многократно переходить в вязкотекучее состояние (плавиться) при нагреве выше температуры плавления. Термореактивные полимеры (смолы) при однократном воздействии температуры переходят из жидкого состояния в твёрдое, после чего не способны плавиться, данный процесс называется отверждением. Стоит отметить, что отверждение термореактивных смол может происходить не только под воздействием температуры, но и за счет введения химических катализаторов (двухкомпонентные смолы) или воздействия различных видов излучения (ультрафиолет или радиация). На рисунке 1.1 схематично изображено изменение структуры различных типов полимеров при воздействии температуры. Термопластичные полимеры состоят их линейных или мало разветвленных макромолекул, которые взаимодействуют между собой за счет межмолекулярных сил. Термореактивные полимеры в неутверждённом состоянии представляют из себя линейные молекулы с невысокой молекулярной массой, в составе которых имеются реакционноспособные функциональные группы. Под внешним воздействием (температура, катализатор, излучение) функциональные группы соседних молекул химически взаимодействуют между собой, образуя пространственно-сшитую молекулярную сетку. Именно наличие сильных химических связей между макромолекулами не позволяет таким полимерам в дальнейшем, при нагревании, переходить в вязкотекучее состояние [8].

Рисунок 1.1 - Изменение структуры термопластичных и термореактивных полимеров при воздействии температуры

Большая разница в структуре и технологических свойствах термопластичных и термореактивных полимеров во многом определяет методы их переработки в готовые изделия и области применения. Так, термореактивные полимеры нашли широкое применение при получении полимерных композиционных материалов. Связано это в первую очередь с тем, что в неотверждённом состоянии при комнатной температуре они представляют из себя жидкость с невысокой вязкостью

[9].

Термопластичные полимеры могут перерабатываться только в виде расплава с высокой вязкостью (в вязкотекучем состоянии), что накладывает ряд технологических ограничений на методы переработки. Наибольшее распространение получил метод литья под давлением, при котором полимер расплавляется, дегазируется и затем впрыскивается в литьевую форму под давлением. Для получения композиционных материалов на основе термопластов используются различные дисперсные добавки в форме порошков или резаных волокон, которые позволяют увеличить физико-механические характеристики

материала или придать ему функциональные свойства (магнитные, электрические, диэлектрические и т.п.). Однако данный метод не позволяет изготавливать ПКМ с непрерывным армированием в виде тканых или однонаправленных волокнистых материалов [10].

Несмотря на ряд технологических сложностей, связанных с переработкой термопластичных полимеров, их уникальные свойства позволили им найти широкое применение практически во всех отраслях промышленности. Наиболее важно то, что на данный момент существует очень большое количество синтезированных и промышленно выпускаемых термопластов. На рисунке 1.2 приведена схема классификации термопластичных полимеров по двум признакам - термостойкости и способности к кристаллизации.

По термостойкости термопласты делятся на стандартные, к которым относятся такие полимеры, как полипропилен, полиэтилен, полистирол; конструкционные - наиболее известными представителями данного класса являются полиамиды и поликарбонаты, и суперконструкционные - такие, как полиэфирэфиркетон, полиэфиримид, полисульфон. Данная классификация основана на термостойкости полимерных материалов. Для стандартных полимеров максимальная температура эксплуатации не может превышать 90 °С, для конструкционных она составляет до 140 °С, а суперконструкционные полимеры могут эксплуатироваться при температурах свыше 150 °С. Помимо классификации по термостойкости, термопластичные полимеры делят на полукристаллические (кристаллизуемые), способные кристаллизоваться при термической обработке, и аморфные, не способные кристаллизоваться из-за своей химической (конфигурационной) структуры [11].

Аморфные Полукристалические

Рисунок 1.2 - Классификация термопластичных полимеров [12]

1.2 Термопластичные полимерные композиционные материалы

Основной причинной развития и все более широкого применения термопластичных полимерных композиционных материалов является ряд уникальных свойств, недоступных для традиционных ПКМ, изготавливаемых на основе эпоксидных смол, в том числе:

— Неограниченный срок хранения препрега;

— Возможность применения безавтоклавных методов переработки:

• Вакуумное формование листовых заготовок;

• Горячая штамповка изделий сложной формы;

• Автоматизированная выкладка ленты;

— Снижение отходности производства;

— Возможность вторичной переработки материала;

— Повышенная устойчивость к ударным нагрузкам и криогенным температурам.

— Свариваемость

Несмотря на то, что применение ТПКМ в большинстве изделий не позволят получить значительный выигрыш по эксплуатационным свойствам, так как прочность и плотность КМ в основном определяется типом используемых волокон, переход к новым производственным процессам в значительной мере влияет на технико-экономические показатели конечного изделия. В авиастроении в течение многих десятилетий использовались ПКМ на основе углеродных волокон и термореактивных смол, включая эпоксидные, фталонитрильные, бисмалеимидные и полиимидные. Такие материалы обладили отличными механическими свойствами, а технологические свойства связующих - низкая вязкость, длительный срок годности (до 1 года) и высокие эксплуатационные температуры позволяли решить весь спектр задач, предъявляемый к ним. Однако, производство изделий из данных материалов было достаточно энергоемким, а цикл изготовления одной детали мог составлять до нескольких дней. ТПКМ, в свою очередь, отвечают возросшим требованиям промышленности, позволяя сократить срок изготовления изделий до десятков минут, в случае применения горячей штамповки, и снизить энергоёмкость, в случае применения автоматизированной выкладки, так как не требуется последующее отверждение в печах или автоклавах [13-18].

На рисунке 1.3 представлена принципиальная схема процесса горячей штамповки изделий из ТПКМ. Данный процесс включает в себя 5 основных технологических стадий: нагрев, позиционирование в оснастке, штамповка, консолидация с охлаждением и извлечение из формы. Отсутствие необходимости отверждения полимера после формообразования позволят сократить процесс изготовления изделия до 5-20 минут (в зависимости от типа матрицы и температуры формования). Данный метод широко применяется для изготовления больших серий изделий из ТПКМ на основе углеродных тканей с размерами до 1,2*1,2 м [19].

Рисунок 1.3 - Принципиальная схема процесса горячей штамповки ТПКМ

Для изготовления изделий из препрегов в форме однонаправленных термопластичных лент наибольшее распространение получил метод автоматизированной выкладки ленты (рисунок 1.4). Суть данного метода состоит в послойной выкладке ленты на оснастку с нагревом лазерным излучением (или горячим газом) и консолидацией слоев в точке контакта. Несмотря на то, что различные подходы к автоматизированной выкладке широко применяются и для препрегов на основе термореактивных смол, также, как и в случае горячей штамповки, при применении термопластичных препрегов отсутствует необходимость в последующем отверждении связующего с применением автоклавов. Данный метод широко применяется в аэрокосмической области для изготовления крупногабаритных деталей фюзеляжа, центроплана или крыла [2023].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кобыхно Илья Александрович, 2022 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ashby M.F. Materials Selection in Mechanical Design / M.F. Ashby -5th. ed. -Butterworth-Heinemann, United Kingdom, Elsevier Science & Technology, 2016. -660p.

2. Gibson R.F. Principles of composite material mechanics / R.F. Gibson - 4th. ed. -Boca Raton, Florida, USA, CRC Press, 2016. -700p.

3. Батаев А.А. Композиционные материалы, Строение, Получение, Применение / А.А. Батаев, В.А. Батаев В.А. -М.: Логос, 2006. -400с.

4. Углеродные волокна: Пер. с япон. / Под ред. С.Симамуры. -М.: Мир, 1987. - 304c.

5. Bernatas R., Dagreou S., Despax-Ferreres A., Barasinski A. Recycling of fiber reinforced composites with a focus on thermoplastic composites // Cleaner Engineering and Technology. -2021. —Vol.5. № 100272.

6. Mukbaniani O.V. High-Performance Polymers for Engineering-Based Composites / O.V. Mukbaniani, M.J.M. Abadie, T. Tatrishvili - Canada, Apple Academic Press, 2021. -408p.

7. Бормотов А.Н. Полимерные композиционные материалы для защиты от радиации: монография / А.Н. Бормотов, А.П. Прошин, Ю.М. Баженов, А.М. Данилов, Ю.А. Соколова. -М.: Издательство «Палеотип», 2006. - 272 с.

8. Rodriguez F. Principles of Polymer Systems / F. Rodriguez, C. Cohen, C.K. Ober, L.A. Archer -6th. ed. - Boca Raton, Florida, USA, CRC Press, 2015. -810p.

9. Buragohain M.K. Composite Structures: Design, Mechanics, Analysis, Manufacturing, and Testing / M.K. Buragohain -Boca Raton, Florida, USA, CRC Press, 2017. -761p.

10. Biron M. Material Selection for Thermoplastic Parts: Practical and Advanced Information (Plastics Design Library) / M. Biron -Norwich, USA, William Andrew, 2015. -710p.

11. Hoffmann M., Hermesmann M., Leven M., Leitner W., Müller T.E. Semi-Crystalline Polyoxymethylene-co-Polyoxyalkylene Multi-Block Telechels as Building Blocks for Polyurethane Applications // Polymers. -2022. —Vol.14. Is.5. № 882.

12. Polymers | Thermoplastic [Электронный ресурс] / Режим доступа: https://polymers.com.au/thermoplastics/

13. Zhang H.Y., Yuan L.L., Hong W.J., Yang S.Y. Improved Melt Processabilities of Thermosetting Polyimide Matrix Resins for High Temperature Carbon Fiber Composite Applications // Polymers. -2022. —Vol.14. Is.5. № 965.

14. Bulgakov B.A., Sulimov A.V., Babkin A.V., Afanasiev D.V., Solopchenko A.V., Afanaseva E.S., Kepmana A.V., Avdeeva V.V. Flame-retardant carbon fiber reinforced phthalonitrile composite for high-temperature applications obtained by resin transfer molding. Mendeleev Communications. -2017. —Vol.27. Is.3. -P.257-259.

15. Da Silva L.F.M., Adams R.D., Gibbs M. Manufacture of adhesive joints and bulk specimens with high-temperature adhesives // International Journal of Adhesion and Adhesives. -2004. —Vol.24. Is.1. -P.69-83.

16. Thunga M., Larson K., Lio W., Weerasekera T., Akinc M., Kessler M. Low viscosity cyanate ester resin for the injection repair of hole-edge delaminations in bismaleimide/carbon fiber composites // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. -2013. —Vol.52. -P.31-37.

17. Kung H.K. Effects of Surface Roughness on High-temperature Oxidation of Carbon-fiber-reinforced Polyimide Composites // Journal of Composite Materials. -2005. —Vol.39. Is.18. -P.1677-1687.

18. Dessouky H., Lawrence C. Ultra-lightweight carbon fibre/thermoplastic composite material using spread tow technology // Composites Part B: Engineering. -2013. —Vol.50. -P.91-97.

19. Chen H., Li S., Wang J., Ding A. A focused review on the thermo-stamping process and simulation progresses of continuous fibre reinforced thermoplastic composites // Composites Part B: Engineering. -2021. —Vol.224. № 109196.

20. Francesco M., Veldenz L., Dell'Anno G., Potter K. Heater power control for multi-material, variable speed Automated Fibre Placement // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. -2017. -Vol.101. -P.408-421.

21. Zhang -P., Sun R., Zhao X., Hu L. Placement suitability criteria of composite tape for mould surface in automated tape placement // Chinese Journal of Aeronautics. -2015. -Vol.28. -P.1574-1581.

22. Kollmannsberger A., Lichtinger R., Hohenester F., Ebel C., Drechsler K. Numerical analysis of the temperature profile during the laser-assisted automated fiber placement of CFRP tapes with thermoplastic matrix // Journal of Thermoplastic Composite Materials. -2017. -Vol.31. Is.12. -P.1563-1586.

23. Stokes-Griffin C.M., Compston -P. A combined optical-thermal model for near-infrared laser heating of thermoplastic composites in an automated tape placement process // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. -2015. -Vol.75. -P.104-115.

24. Song Q., Liu W., Chen J., Zhao D., Yi C., Liu R., Geng Y., Yang Y., Zheng Y., Yuan Y. Research on Void Dynamics during In Situ Consolidation of CF/High-Performance Thermoplastic Composite // Polymers. -2022. -Vol.14. Is.7. -P.1401.

25. Kropka M., Muehlbacher M., Neumeyer T., Altstaedt V. From UD-tape to Final Part - A Comprehensive Approach Towards Thermoplastic Composites // Procedia CIR-P. -2017. -Vol.66. -P.96-100.

26. Yeh -P.C., Chang -P.Y., Wang J., Yang J.M., Wu -P.H., Liu M.C. Bearing strength of commingled boron/glass fiber reinforced aluminum laminates // Composite Structures. -2012. -Vol. 94. -P.3160-3173.

27. Li W., Zhang G., Huang Y., Rong Y. UV laser high-quality drilling of CFRP plate with a new interlaced scanning mode. Composite Structures. -2021. -Vol.273. №114258.

28. Bayerl T., Duhovic M., Mitschang -P., Bhattacharyya D. The heating of polymer composites by electromagnetic induction - A review // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. -2014. -Vol.57. -P.27-40.

29. Lionetto F., Pappada S., Buccoliero G., Maffezzoli A. Finite element modeling of continuous induction welding of thermoplastic matrix composites // Materials and Design. -2017. -Vol.120. -P.212-221.

30. Choudhury M.R., Debnath K. A review of the research and advances in electromagnetic joining of fiber-reinforced thermoplastic composites // Polymer Engineering & Science. -2019. -Vol.59. -P.1965-1985.

31. Reis J.-P., Moura M., Samborski S. Thermoplastic composites and their promising applications in joining and repair composites structures: A review // Materials (Basel). -2020. -Vol.13. -P.1-33.

32. Iyer S.R., Drzal L.T. Manufacture of Powder-Impregnated Thermoplastic Composites // Journal of Thermoplastic Composite Materials. -1990. -Vol.3. -P.325-355.

33. Yao S.S., Jin F.L., Rhee K.Y., Hui D., Park S.J. Recent advances in carbon-fiber-reinforced thermoplastic composites: A review // Composites Part B: Engineering. -2018. -Vol.142. -P.241-250.

34. Method of impregnating a fibrous textile material with a plastic resin // Патент США №4292105. -1981. / Taylor. G.J.

35. Ramani K., Hoyle C. Processing of Thermoplastic Composites Using a Powder Slurry Technique. I. Impregnation and Preheating // Materials and Manufacturing Processes. -1995. -Vol.10. -P.1169-1182.

36. Texier A., Davis R.M., Lyon K.R., Gungor A., Mcgrath J.E., Marand H., Riffle J.S. Fabrication of PEEK/carbon fibre composites by aqueous suspension prepregging // Polymer. -1993. -Vol.34. -P.896-906.

37. Lacroix F., Lu H.Q., Schulte K. Wet powder impregnation for polyethylene composites: Preparation and mechanical properties // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. -1999. -Vol.30. -P.369-373.

38. Ho K.K.C., Shamsuddin S.R., Riaz S., Lamorinere S., Tran M.Q., Javaid A., Bismarck A. Wet impregnation as route to unidirectional carbon fibre reinforced thermoplastic composites manufacturing // Plastics, Rubber and Composite. -2011. -Vol.40. -P.100-107.

39. Steggall-Murphy C., Simacek -P., Advani S.G., Yarlagadda S., Walsh S. A model for thermoplastic melt impregnation of fiber bundles during consolidation of powder-impregnated continuous fiber composites // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. -2010. -Vol.41. -P.93-100.

40. Miller A., Wei C., Gibson A.G. Manufacture of polyphenylene sulfide (PPS) matrix composites via the powder impregnation route. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. -1996. -Vol.27. -P.49-56

41. McGregor O.-P.L., Somashekar A.A., Bhattacharyya D., Duhovic M. Pre-impregnated natural fibre-thermoplastic composite tape manufacture using a novel process // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. -2017. -Vol.101. -P.59-71.

42. Production of impregnated rovings // Патент США №3742106. 1973. / Price

R.

43. Vaidya U.K., Chawla K.K. Processing of fibre reinforced thermoplastic composites // International Materials Reviews. -2008. -Vol.53. -P.185-218.

44. Even C., Arvieu C., Quenisset J.M. Powder route processing of carbon fibres reinforced titanium matrix composites // Composites Science and Technology. -2008. -Vol.68. -P.1273-1281.

45. Ma Y., Yan C., Xu H., Liu D., Shi -P., Zhu Y., Liu J. Enhanced interfacial properties of carbon fiber reinforced polyamide-6 composites by grafting graphene oxide onto fiber surface // Applied Surface Science. -2018. -Vol.452. -P.286-298.

46. Friedrich K., Gogeva T., Fakirov S. Thermoplastic impregnated fiber bundles: Manufacturing of laminates and fracture mechanics characterization // Composites Science and Technology. -1988. -Vol.33. -P.97-120.

47. Padaki S., Drzal L.T. A simulation study on the effects of particle size on the consolidation of polymer powder impregnated tapes // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. -1999. -Vol.30. -P.325-337.

48. Nunes J.-P., Silva J.F., Velosa J.C., Bernardo C.A., Marques T. New thermoplastic matrix composites for demanding applications // Plastics, Rubber and Composites. -2009. -Vol.38. -P.167-172.

49. Liu B., Xu A., Bao L. Preparation of carbon fiber-reinforced thermoplastics with high fiber volume fraction and high heat-resistant properties // Journal of Thermoplastic Composite Materials. -2017. -Vol.30. -P.724-737.

50. Parasnis N.C., Ramani K., Borgaonkar H.M. Ribbonizing of electrostatic powder spray impregnated thermoplastic tows by pultrusion // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. -1996. -Vol.27. -P.567-574.

51. Sala G., Cutolo D. The pultrusion of powder-impregnated thermoplastic composites // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. -1997. -Vol.28. -P.637-646.

52. Miller A.H., Dodds N., Hale J.M., Gibson A.G. High speed pultrusion of thermoplastic matrix composites // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. -1998. -Vol.29. -P.773-782.

53. Rath M., Kreuzberger S., Hinrichsen G. Manufacture of aramid fibre reinforced nylon-12 by dry powder impregnation process // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. -1998. -Vol.29. -P.933-938.

54. Nunes J.-P., Silva J.F., Marques A.T., Crainic N., Cabral-Fonseca S. Production of powder-coated towpregs and composites // Journal of Thermoplastic Composite Materials. -2003. -Vol.16. -P.231-248.

55. Asensio M., Esfandiari -P., Nunez K., Silva J.F., Marques A., Merino J.C., Pastor J.M. Processing of pre-impregnated thermoplastic towpreg reinforced by continuous glass fibre and recycled PET by pultrusion /// Composites Part B: Engineering. -2020. -Vol.200. №108365.

56. Lee G.H., Lee W. I. Carbon fiber tow spreading process using pneumatic devices and application to thermoplastic prepreg manufacturing // International Conference on Composite Materials. -2015. -P.19-24.

57. Ren F., Yu Y., Cao M., Li Y., Xin C., He Y. Effect of pneumatic spreading on impregnation and fiber fracture of continuous fiber-reinforced thermoplastic composites // Journal of Reinforced Plastics and Composites. -2017. -Vol.36 -P.1554-1563.

58. Methods of making continuous length reinforced plastic articles // Патент США №3993726. 1976. / Moyer R.L.

59. El-Shekeil Y.A., Sapuan S.M., Jawaid M., Al-Shuja'a O.M. Influence of fiber content on mechanical, morphological and thermal properties of kenaf fibers reinforced poly(vinyl chloride)/thermoplastic polyurethane poly-blend composites // Materials and Design. -2014. -Vol.58. -P.130-135.

60. Ahmadi Z., Ghaffarian S.R., Amiri D. Continuous Melt Impregnation Process: Materials Parameters // Iranian Polymer Journal. -2000. -Vol.9. -P.125-130.

61. Ren F., Yu Y., Yang J., Xin C., He Y. A Mathematical Model for Continuous Fiber Reinforced Thermoplastic Composite in Melt Impregnation // Applied Composite Materials. -2017. -Vol.24. -P.675-690.

62. Boztepe S., Simacek -P., Labastie K., Chevalier M., Sandre -P., Des J-M., Advani S. Effect of the initial resin distribution in partially impregnated thermoplastic prepregs on consolidation // Composites Science and Technology. -2022. -Vol.225. №109488.

63. Tzanakis I., Khavari M., Titze M., Eskin D. Cavitation in thermoplastic melts: New insights into ultrasound-assisted fibre-impregnation // Composites Part B: Engineering. -2022. -Vol.229. №109480.

64. Haas J., Hassan O.N., Beck B., Kärger L., Henning F. Systematic approach for finite element analysis of thermoplastic impregnated 3D filament winding structures -General concept and first validation results // Composite Structures. -2021. -Vol.268. №113964.

65. Kaczmarek D., Walczyk D., Garofalo J., Sobkowicz-Kline M. An investigation of in situ impregnation for additive manufacturing of thermoplastic composites // Journal of Manufacturing Processes. -2021. -Vol.64. -P.972-981.

66. Garofalo J., Walczyk D. In situ impregnation of continuous thermoplastic composite prepreg for additive manufacturing and automated fiber placement // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. -2021. -Vol.147. №106446.

67. Wu G.M., Schultz J.M. Processing and properties of solution impregnated carbon fiber reinforced polyethersulfone composites // Polymer Composites. -2000. -Vol.21. -P.223-230.

68. Bhudolia S.K., Perrotey -P., Joshi S.C. Mode I fracture toughness and fractographic investigation of carbon fibre composites with liquid Methylmethacrylate thermoplastic matrix // Composites Part B: Engineering. -2018. -Vol.134. -P.246-253.

69. Chukov D., Nematulloev S., Zadorozhnyy M., Tcherdyntsev V., Stepashkin A., Zherebtsov D. Structure, Mechanical and Thermal Properties of Polyphenylene Sulfide and Polysulfone Impregnated Carbon Fiber Composites // Polymers. -2019. -Vol.11. -P.684.

70. Chukov D., Nematulloev S., Torokhov V., Stepashkin A., Sherif G., Tcherdyntsev V. Effect of carbon fiber surface modification on their interfacial interaction with polysulfone // Results in Physics. -2019. -Vol.15. №102634.

71. Yao T.T., Liu Y.T., Zhu H., Zhang X.F., Wu G.-P. Controlling of resin impregnation and interfacial adhesion in carbon fiber/polycarbonate composites by a spray-coating of polymer on carbon fibers // Composites Science and Technology. -2019. -Vol.182. №107763.

72. Gong R.H. Specialist Yarn and Fabric Structures: Developments and Applications (Woodhead Publishing Series in Textiles) / R.H. Gong - Sawston, Cambridge, England, 2011. -363p.

73. Mountasir A., Hoffmann G., Cherif Ch., Loser M., GroBmann K. Competitive manufacturing of 3D thermoplastic composite panels based on multi-layered woven structures for lightweight engineering // Composite Structures. -2015. -Vol.133. -P.415-424.

74. Schafer J., Stolyarov O., Ali R., Greb C., Seide G., Gries T. Process-structure relationship of carbon/ polyphenylene sulfide commingled hybrid yarns used for thermoplastic composites // Journal of Industrial Textiles. -2016. -Vol.45. -P.1661-1673

75. Li Y., Shimizu H. Novel morphologies of poly(phenylene oxide) (PPO)/polyamide 6 (PA6) blend nanocomposites // Polymer. -2004. -Vol.45. -P.7381-7388.

76. Paszkiewicz S., Szymczyk A., Pawlikowska D., Subocz J., Zenker M., Masztak R. Electrically and Thermally Conductive Low Density Polyethylene-Based

Nanocomposites Reinforced by MWCNT or Hybrid MWCNT/Graphene Nanoplatelets with Improved Thermo-Oxidative Stability // Nanomaterials. -2018. -Vol.8. №264.

77. Method of manufacturing composite material // Патент Великобритании №1485586. 1976. / Lind D.J., Coffey V.J.

78. Grouve W., Akkerman R. Consolidation process model for film stacking glass/PPS laminates // Plastics, Rubber and Composites. -2010. -Vol.39. -P.208-215.

79. Diez-Pascual A., Naffakh M., Marco C., Gomez-Fatou M., Ellis G. Multiscale fiber-reinforced thermoplastic composites incorporating carbon nanotubes: A review // Current Opinion in Solid State and Materials Science. -2014. -Vol.18. -P.62-80.

80. Jones F.R. A review of interphase formation and design in fibre-reinforced composites // Journal of Adhesion Science and Technology. -2010. -Vol.24. -P.171-202.

81. Zhang G., Sun S., Yang D., Dodelet J.-P., Sacher E. The surface analytical characterization of carbon fibers functionalized by H2SO4/HNO3 treatment // Carbon. -2008. -Vol.46. -P.196-205.

82. Osbeck S., Bradley R.H., Liu C., Idriss H., Ward S. Effect of an ultraviolet/ozone treatment on the surface texture and functional groups on polyacrylonitrile carbon fibres // Carbon. -2011. -Vol.49. -P.4322-4330.

83. Lee H.S., Kim S.Y., Noh Y.J., Kim S.Y. Design of microwave plasma and enhanced mechanical properties of thermoplastic composites reinforced with microwave plasma-treated carbon fiber fabric // Composites Part B: Engineering. -2014. -Vol.60. -P.621-626.

84. Bachinger A., Rossler J., Asp L.E. Electrocoating of carbon fibres at ambient conditions /// Composites Part B: Engineering. -2016. -Vol.91. -P.94-102.

85. Wang X., Huang Z., Lai M., Jiang L., Zhang Y., Zhou H. Highly enhancing the interfacial strength of CF/PEEK composites by introducing PAIK onto diazonium functionalized carbon fibers // Applied Surface Science. -2020. -Vol.510. №145400.

86. Oshima K., Matsuda S., Hosaka M., Satokawa S. Rapid removal of resin from a unidirectional carbon fiber reinforced plastic laminate by a high-voltage electrical treatment // Separation and Purification Technology. -2020. -Vol.231. №115885.

87. Bozkurt O.Y., Bulut M., Erklig A., Faydh W.A. Axial and lateral buckling analysis of fiber reinforced S-glass/epoxy composites containing nano-clay particles // Composites Part B: Engineering. -2019. -Vol.158. -P.82-91.

88. Song Y., Jiang Z., Zhang T., Dong J., Jia C., He J., Zheng W., He Z., Wei H., Huang Y. Growth of carbon black onto continuous carbon fiber to produce composites with improved mechanical and interfacial properties: A step closer to industrial production // Composites Science and Technology. -2019. -Vol.173. -P.83-89.

89. Takeda T., Narita F. Fracture behavior and crack sensing capability of bonded carbon fiber composite joints with carbon nanotube-based polymer adhesive layer under Mode I loading // Composites Science and Technology. -2017. -Vol.146. -P.26-33.

90. Zielecki W., Kubit A., Trzepiecinski T., Narkiewicz U., Czech Z. Impact of multiwall carbon nanotubes on the fatigue strength of adhesive joints // International Journal of Adhesion and Adhesives. -2017. -Vol.73. -P.16-21.

91. Awang Ngah S., Taylor A.C. Fracture behaviour of rubber- and silica nanoparticle-toughened glass fibre composites under static and fatigue loading // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. -2018. -Vol.109. -P.239-256.

92. Nguyen-Tran H.D., Hoang V.T., Do V.T., Chun D.M., Yum Y.J. Effect of multiwalled carbon nanotubes on the mechanical properties of carbon fiber-reinforced polyamide-6/polypropylene composites for lightweight automotive parts // Materials (Basel). -2018. -Vol.11. №429.

93. Godara A., Gorbatikh L., Kalinka G., Warrier A., Rochez O., Mezzo L., Luizi F., van Vuure A.W., Lomov S.V., Verpoest I.. Interfacial shear strength of a glass fiber/epoxy bonding in composites modified with carbon nanotubes // Composites Science and Technology. -2010. -Vol.70. -P.1346-1352.

94. Eslami-Farsani R., Aghamohammadi H., Khalili S.M.R., Ebrahimnezhad-Khaljiri H., Jalali H. Recent trend in developing advanced fiber metal laminates reinforced with nanoparticles: A review study // Journal of Industrial Textiles. -2022. -Vol.51. -P.7374-7408.

95. Khurram A.A., Hussain R., Afzal H., Akram A., Subhanni T. Carbon nanotubes for enhanced interface of fiber metal laminate // International Journal of Adhesion and Adhesives. -2018. -Vol.86. -P.29-34.

96. Ashrafi B., Díez-Pascual A.M., Johnson L., Genest M., Hind S., Martinez-Rubi Y., González-Domínguez J.M., Martínez M.T., Simard B., Gómez-Fatou M.A., Johnston A. Processing and properties of PEEK/glass fiber laminates: Effect of addition of singlewalled carbon nanotubes // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. -2012. -Vol.43. -P.1267-1279.

97. Zhang X., Hu Y., Li H., Tian J., Fu X., Xu Y., Lu Y., Chen Y., Qin L., Tao J. Effect of multi-walled carbon nanotubes addition on the interfacial property of titanium-based fiber metal laminates // Polymer Composites. -2018. -Vol.39. -P.1159-1168.

98. Wang Z., Li Y., Liu J., Tian G., Liu G., Wang M., Ogata H., Gong W., Vipin A.K., Melvin G.J.H., Ortiz-Medina J., Morimoto S., Hashimoto Y., Terrones M., Endo M. Microwave plasma-induced growth of vertical graphene from fullerene soot // Carbon. -2021. -Vol.172. -P.26-30.

99. Olley R.H., Bassett D.C., Blundell, D.J. Permanganic etching of PEEK // Polymer (Guildf). -1986. -Vol.27. -P.344-348.

100. Irfan M.S., MacHavaram V.R., Mahendran R.S., Shotton-Gale N., Wait C.F., Paget M.A., Hudson M., Fernando G.F. Lateral spreading of a fiber bundle via mechanical means // Journal of Composite Materials. -2012. -Vol.46. -P.311-330.

101. Vodermayer A.M., Kaerger J.C., Hinrichsen G. Manufacture of highperformance fibre-reinforced thermoplastics by aqueous powder impregnation // Composites Manufacturing. -1993 -Vol.4. -P.123-132.

102. Френкель Я. Вязкое течение в кристаллических телах // Журнал Экспериментальной и Теоретической Физики. 1946. Т.16. В.1. С.29-38.

103. Arthur Lepoivre, Arthur Lévy, Nicolas Boyard, Vincent Gaudefroy, Vincent Sobotka. Coalescence in fused filament fabrication process: thermo-dependent characterization of high-performance polymer properties. Polymer Testing, -2021, 98 (107096)

104. Lee R., Psarev D., Bykonya A., Kiba M., Melnikov A. Mathematical Model of Infrared Heating of Body Parts of Cars and Tractors During Restoration with Polymer Materials // -2020 2nd International Conference on Control Systems, Mathematical Modeling, Automation and Energy Efficiency (SUMMA). -2020, -P.788-792

105. Schmidt F.M., Maoult Y., Monteix S. Modelling of infrared heating of thermoplastic sheet used in thermoforming process // Journal of Materials Processing Technology. -2003. -Vol.144. -P.225-23.

106. Rosenzweig N., Narkis M. Observation and Analysis Technique for Studying Sintering of Polymeric Particles // Journal of Applied Polymer Science. -1981. -Vol.26. -P.2787-2789.

107. Тагер А.А. Физико-химия полимеров. Издание 4-е, перерабо-. - М.: Научный мир. -2007. -576 с.

108. Sacchetti F. R. Interlaminar toughness of fusion bonded thermoplastic composites: PhD thesis. -Enschede: University of Twente. -2017. -114p.

109. Yang D., Cao Y., Zhang Z., Yin Y., Li D. Effects of crystallinity control on mechanical properties of 3D-printed short-carbon-fiber-reinforced polyether ether ketone composites // Polymer Testing. -2021. -Vol.97. №107149.

110. Gao S.L., Kim J.K. Cooling rate influences in carbon fibre/PEEK composites. Part 1. Crystallinity and interface adhesion // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. -2000. -Vol.31. -P.517-530.

111. Кристиан Дж. У. Фазовые превращения / В книге: Физическое металловедение. Вып. 2. М.: Мир, 1968. С.227.

112. Tan S., Su A., Luo J., Zhou E. Crystallization kinetics of poly (ether ether ketone)(PEEK) from its metastable melt // Polymer. -1999. -Vol.40. -P.1223-1231.

113. Xu Z., Huang Y., Min C., Chen L., Chen L. Effect of y-ray radiation on the polyacrylonitrile based carbon fibers // Radiation Physics and Chemistry. -2010. -Vol.79. -P.839-843.

114. ОСТ 92-1527-89 Контроль герметичности изделий с применением масс-спектрометрических гелиевых течеискателей. Методы испытаний. - М., -1990.

115. ГОСТ 28517-90 Контроль неразрушающий. Масс-спектрометрический метод течеискания. Общие требования. -М.:Стандартинформ, -2005. - 5c.

116. Humpenöder J. Gas permeation of fibre reinforced plastics // Cryogenics. -1998. -Vol.38. -P.143-7.

117. Crank J. The mathematics of diffusion / J. Crank- 2nd ed. -Bristol England: Oxford University Press, 1975. -414p.

118. Flanagan M., Grogan D.M., Goggins J., Appel S., Doyle K., Leen S.B., Brádaigh C.M. Permeability of carbon fibre PEEK composites for cryogenic storage tanks of future space launchers // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. -2017. -Vol.101. -P.173-184.

119. Salom C., Prolongo M.G., Toribio A., Martínez-Martínez A.J., Aguirre de Cárcer I., Prolongo S.G. Mechanical properties and adhesive behavior of epoxy-graphene nanocomposites // International Journal of Adhesion and Adhesives. -2018. -Vol.84. -P.119-125

120. Ionita M., Pandele A.M., Crica L.E., Obreja A.C. Preparation and characterization of polysulfone/ammonia-functionalized graphene oxide composite membrane material // High Performance Polymers. -2016. -Vol.28. -P.181-188.

121. Nisar M., Thue P.S, Maghous M.B., Geshev J., Lima E.C., Einloft S. Polysulfone metal-activated carbon magnetic nanocomposites with enhanced CO2capture // RSC Advances. -2020. -Vol.10, -P.34595-34604.

122. Laux K.A., Jean-Fulcrand A., Sue H.J., Bremner T., Wong J.S.S. The Influence of Surface Properties on Sliding Contact Temperature and Friction for Polyetheretherketone (PEEK) // Polymer. -2016 -Vol.5. -P.397-404.

123. Bahadur S. The Development of Transfer Layers and Their Role in Polymer Tribology // Wear. -2020. -Vol.245. -P.92-99.

124. Derjaguin B. V., Toporov, Y. -P. Influence of Adhesion on the Sliding and Rolling Friction // Progress in Surface Science. -1994. -Vol.45. -P.317-327.

125. Voigt W. Theoretische Studien über die Elasticitätsverhältnisse der Krystalle // Abhandlungen der Königlichen Gesellschaft der Wissenschaften in Göttingen. 1887. -Vol.34. -P.3-51.

126. Reuss A. Berechnung der FlieBgrenze von Mischkristallen auf Grund der Plastizitatsbedingung fur Einkristalle // Journal of Applied Mathematics and Mechanics. 1929. -Vol.9. -P.49-58.

127. Hill R. The elastic behavior of a crystalline aggregate // Proceedings of the Physical Society. Section A. 1952. -Vol.65. -P.349-354.

128. Бахвалов Н.С. Осреднение дифференциальных уравнений с частными производными с быстроосциллирующими коэффициентами // Доклады академии наук. -1975. -Т.221. -С.516-519.

129. Bensoussan A. Asymptotic analysis for periodic structures / A. Bensoussan, J.-L. Lions, G. Papanicolaou. -Providence, Rhode Island, USA, 1978. -387.

130. Sanchez-Palencia E. Non-homogeneous media and vibration theory / E. Sanchez-Palencia - Heidelberg, Germany, Springer Verlag, 1980. -400p.

131. Бахвалов, Н.С., Панасенко Г.П. Осреднение процессов в периодических средах. Математические задачи механики композиционных материалов. - М.: Наука. -1984. - 352 c

132. Боровков А.И. Эффективные физико-механические свойства волокнистых композитов. - М.: Изд-во ВИНИТИ. -1985. - 113 с

133. Palmov V.A., Borovkov A.I. Six fundamental boundary value problems in the mechanics of periodic composites // Applied Mechanics and Materials. -2006. -Vol.5. -P.551-558.

134. Hassani B., Hinton E. A review of homogenization and topology optimization. II - analytical and numerical solutions of homogenization equations // Computer and Structures. -1998. -Vol.69. -P.719-738.

135. Zobacheva A.U., Nemov A.S., Borovkov A.I. Multiscale simulations of novel additive manufactured continuous fiber-reinforced three-component composite material // Materials Physics and Mechanics. -2017. -Vol.32. Is.1. -P.74-82.