Композиционные материалы

Композиционными называются сложные материалы, в состав которых входят сильно отличающиеся по свойствам нерастворимые или малорастворимые друг в друге компоненты, разделенные в материале ярко выраженной границей.

Принцип создания композиционных материалов заимствован у природы. Примером естественных композиционных материалов могут служить стволы и стебли растений, кости человека и животных. В дереве волокна целлюлозы соединены пластичным лигнином, в костях тонкие, прочные нити фосфатных солей — пластичным коллагеном.

Особенностью композиционных материалов является то, что в них проявляются достоинства компонентов, а не их недостатки. Для оптимизации свойств композиций выбирают компоненты с резко отличающимися, но дополняющими друг друга свойствами.

Перспективно использование в конструкции дельтаплана высокопрочных слоистых пластиков, имеющих в качестве наполнителя стеклянные и угольные волокна. Композиционные материалы по удельным прочности и жесткости, сопротивлению усталостному разрушению превосходят все конструкционные сплавы. Этим материалам при их изготовлении и стараются придать по возможности форму, максимально приближающуюся к форме будущей детали или узла.

Основой композиционного материала служит матрица, которая связывает композицию, придает ей форму. От свойств матрицы зависит технология получения композиционного материала и эксплуатационные характеристики: сопротивление усталостному разрушению, воздействие окружающей среды, плотность и удельная прочность. В матрице равномерно распределены наполнители. Поскольку они играют главную роль в упрочнении материала, их иногда называют упрочнителями, а иногда армирующими компонентами. С увеличением модуля упругости и временного сопротивления наполнителя повышаются и свойства композиционного материала.

Когда такой материал производится в форме мелких частиц или тонких волокон, его полезная прочность становится гораздо выше. Например, оконное стекло — достаточно непрочный материал, но стеклянная нить из тонких волокон имеет прочность на растяжение более 3 млрд Паскалей (1 паскаль (Па) —сила в 1 ньютон (Н), распределенная по площади 1 м ). Для сравнения — прочность на растяжение обычной стали составляет 0,5 млрд Па.

Заметное увеличение прочности на микроуровне обусловлено тем, что вероятность дефекта, достаточно большого, чтобы вызвать хрупкое разрушение, падает с уменьшением размера образца. Кроме того, если в стеклянной нити разрушилось одно волокно, дефект дальше не распространяется и не затрагивает остальные волокна. И наоборот, образовавшись в таком же объеме гомогенного материала, трещина может привести к его полному разрушению. 

Смотрите также

Эффект земли
Дельтапланерист идет на посадку. Траектория планирования, образующая с поверхностью земли угол 6, переходит сначала в криволинейную, а затем крыло скользит параллельно поверхности земли. Что произошло ...

Многоцелевой разведывательно-ударный вертолет Boeing Sikorsky RAH-66 Comanche
Вертолет RAH-66 Comanche создан американской фирмой Boeing Sikorsky для выполнения боевых задач в любых климатических поясах, в высокогорной и равнинной местностях, днем и ночью. Он пришел на смену ус ...

Chase XCG-14 Транспортно-десантный планер
В 1943 г. Армия США представили требования на транспортно-десантный планер, который можно было бы буксировать за быстроходными самолетами. За постройку такого аппарата взялся Михаил Струков. В качест ...