ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Вяжущие материалы на органической основе из "Химическое сопротивление неметаллических материалов и защита от коррозии" В общем понимании композиционный материал — это материал, состоящий из двух или нескольких различных компонентов. Следовательно, большинство из рассмотренных выше материалов (стекла, керамика, пластмассы, мастики, резины, лакокрасочные материалы и др.) можно считать композиционными материалами. [c.113] Композиционные материалы (КМ) — это гетерофазные системы, состоящие из двух или более компонентов, в которых сохраняются индивидуальные свойства каждого компонента. Композиционные конструкционные материалы по совокупности различных свойств выгодно отличаются от металлических конструкционных материалов, что позволяет совершенствовать существующие конструкции, а также открывать новые пути в области конструирования и технологии изготовления изделий самого различного назначения. Тот факт, что необходимые функциональные свойства этих материалов формируются в процессе изготовления конкретной конструкции, во много раз увеличивает их перспективность за счет варьирования состава и структуры композитов. [c.113] Как правило, компоненты композиций различают по геометрическому признаку. Компонент, обладающий непрерывностью по всему объему, получил название матрица, а компонент, разде-ленньш в объеме композиции прослойками матрицы, носит название арматура (усиливающий, армирующий компонент, наполнитель). [c.114] В качестве матрицы могут быть использованы металлы и их сплавы, органические и неорганические полимеры, керамика и другие вещества. Усиливающими, или армирующими, компонентами могут быть дисперсные частицы или волокна материалов различной природы. По виду арматуры вьщеляют две группы композиционных материалов дисперсно-упрочненные и волокнистые композиции. Они отличаются друг от друга структурой и механизмом создаваемой высокой прочности. [c.114] Дисперсно-упрочненные композиты представляют собой систему, в матрице которой равномерно распределены мелкодисперсные частицы второго компонента в количестве, не превышающем 2—4 % (об.). Здесь всю механическую нагрузку в конструкции воспринимает матрица, а дисперсный наполнитель обеспечивает эффективное сопротивление пластическим деформациям. [c.114] У волокнистых композитов пластичная, как правило, матрица армируется высокопрочными волокнами. В этом случае стремятся к обеспечению равномерного нагружения арматуры с использованием ее высокой прочности. Объемная доля высокопрочных и высокомодульных волокон в таких композитах может достигать 75 %. Отличительной особенностью волокнистых композитов является анизотропия свойств, обусловленная преимущественным расположением волокон в том или ином направлении. [c.114] Армирующие волокна. Известно, что теоретическая прочность материала Отеор возрастает с повышением модуля упругости и поверхностной энергии вещества и снижается с увеличением межатомных расстояний. Исходя из этого наибольшей прочностью должны обладать композиты, в которых в качестве материала армирующих волокон используются бериллий, бор, азот, углерод, кислород, алюминий и кремний. При создании волокнистых композитов используют высокопрочные стеклянные, углеродные, борные и органические волокна, металлические проволоки или волокна и нитевидные кристаллы ряда карбидов, оксидов, бори-дов, нитридов и других соединений. Волокнистая арматура может быть представлена в виде моноволокон, нитей, проволок, жгутов, сеток, тканей, лент, холстов. Важными требованиями, предъявляемыми к волокнистой арматуре, являются их технологичность и совместимость с матрицей. [c.115] Матрица. Задачей матрицы является обеспечение монолитности композита фиксация формы изделия и взаимного расположения волокон распределение действующих напряжений по объему материала для достижения равномерности нагрузки на волокна и ее перераспределение при разрушении части волокон. Матрица должна также обеспечивать высокую химическую стойкость композитов, эксплуатируемых в агрессивных средах, и ряд других функциональных свойств изделия. Материалом матрицы определяется метод изготовления изделий из композитов, возможность создания конструкций требуемых габаритов и формы. От материала матрицы зависят также параметры технологических процессов. [c.115] Граница раздела матрица—волокно. Свойства границы раздела, в первую очередь адгезионное взаимодействие волокна с матрицей, определяют уровень свойств композитов и их сохранность в условиях эксплуатации. Адгезионная связь не должна нарушаться под воздействием термических и усадочных напряжений и различных внешних воздействий. [c.115] Классификации композиционных материалов. Важнейшим достоинством композиционных материалов является возможность создавать из них изделия с заранее заданными свойствами, что обеспечивается широкой номенклатурой армирующих волокон и матриц, а также варьированием компонентов и схем укладки волокон. [c.115] В зависимости от природы армируюш их волокон различают, например, следующие композиты на полимерной матрице стеклопластики, углепластики, боропластики, органопластики и т. д. Существуют аналогичные по названиям композиты и на других матрицах. [c.116] На рис. 3.1 представлена классификация композитов по конструктивному признаку. [c.116] Свойства композитов зависят не только от свойств волокон и матрицы, но и от схем армирования. Различают композиты образованные из слоев, армированных параллельными непрерывными волокнами (свойства их в основном определяются свойствами однонаправленного слоя) армированные тканями (текстолиты) с хаотическим и пространственным армированием. [c.116] Волокнистое армирование позволяет использовать новые принципы проектирования и изготовления изделий, основанные на том, что материал и изделие создаются одновременно в рамках одного и того же технологического процесса. [c.116] В результате совмещения армирующих элементов и матрицы образуется материал с новым комплексом свойств, включающим в себя не только исходные характеристики компонентов, но и свойства, которыми изолированные компоненты не обладали. [c.116] Примечание. Значения, приведенные в числителе, соответствуют направлению армирования, в знаменателе — поперечному направлению. [c.118] На рис. 3.2 представлены характерные профили армирующих волокон, а на рис. 3.3 — структура стеклотканей. [c.119] В качестве полимерной матрицы используются отвержденные эпоксидные, полиэфирные, фенолоформальдегидные, фурановые, кремнийорганические и другие термореактивные смолы, а также некоторые термопласты. [c.119] Качественно новый уровень свойств полимерных композиционных материалов достигается при карбонизации полимерной матрицы, достигаемой в углерод-углеродных композиционных материалах (УУКМ). Эти материалы представляют собой систему углеродное волокно — углеродная матрица, отличающуюся уникальными свойствами чрезвычайно высокой теплостойкостью (в инертной среде они сохраняют свои высокие удельные физикомеханические характеристики вплоть до 2500 К и в отличие от углепластиков могут длительно эксплуатироваться при повыщенных температурах), хорошей стойкостью к термоударам, высокой химической стойкостью, что делает весьма перспективным их применение в химическом машиностроении. На рис. 3.4 показаны принципиальные схемы структуры УУКМ. [c.119] Вернуться к основной статье