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

Пролог. Он же эпилог
Надевать летный комбинезон и летные ботинки очень удобно. Молния спереди, молния на плече, молния на голенище сапог. Много карманов, как на модных куртках. Но карманы не декоративные. Здесь все фу ...

Асимметричный срыв
Возникает при перетягивании одной клеванты или при выполнении спирали на малой скорости после попадания в турбулентность и недопустимом увеличении угла атаки крыла. Вращение в асимметричном срыве - не ...

Многоцелевой вертолет Bell 206 Ranger
В 1961 г. фирма Bell начала разработку легкого разведывательного и связного вертолета второго поколения по конкурсной программе армии США LOH (Liaison and Observation Helicopter). Вертолеты LOH предна ...