Композиционные материалы

Композиционные материалы на неметаллической основе обладают хорошей технологичностью, низкой плотностью и высокой удельной прочностью и жесткостью. Среди неметаллических композиционных материалов наибольшее распространение получили композиции с полимерной матрицей: эпоксидной, фенолофор-мальдегидной и полиамидной.

В качестве упрочнителей используют высокопрочные и высокомодульные углеродные и борные, стеклянные и органические волокна в виде нитей, жгутов, лент, нетканых материалов. Жидкие эпоксидные смолы обладают лучшей среди других полимеров адгезией к наполнителям. Волокна обладают худшей адгезией. Энергию поверхности волокон для получения большей адгезии повышают различными методами обработки поверхности — травлением, окислением, вискеризацией.

Одним из способов улучшения свойств композиционных материалов является увеличение жесткости матрицы с помощью введения в ее структуру ионов металлов, которые усиливают взаимосвязь между полимерными молекулами.

Достоинством стекловолокнитов является недефицитность и низкая стоимость упрочнителя, недостатком — сравнительно низкий модуль упругости, но по удельной жесткости они превосходят легированные стали и сплавы на основе алюминия, магния и титана. Частичная замена стеклянных волокон на углеродные повышает жесткость композита. Однако временное сопротивление и удельная прочность при любом соотношении стекло- и углеволокон не достигает уровня стеклопластиков.
По прочности при растяжении стеклянные волокна равны или даже превосходят углеродные — основу многих компонентов с хорошими композиционными качествами.

Однако под действием высоких напряжений стекловолокно растягивается, и удлинение составляет несколько процентов. Поэтому в тех случаях, когда решающим фактором является жесткость в условиях высоких нагрузок, композиты, армированные стекловолокном, не применяют. Тем не менее низкая стоимость обусловила их широкое распространение при создании изделий, к которым предъявляются менее высокие требования по жесткости.

Для использования в изделиях, требующих высокой ударной прочности, более пригодны другие, отличные от углеродных, армирующие волокна.
Органоволокниты обладают высокой удельной прочностью в сочетании с хорошими пластичностью и ударной вязкостью. Особенностью их является единая полимерная природа матрицы и армирующих волокон. Матрица и наполнитель имеют близкие значения температурных коэффициентов линейного расширения, им свойственны химическое взаимодействие и прочная связь.

Эффективность армирования композита длинными волокнами, выше, чем короткими волокнами или частицами. Есть еще одна причина, по которой длинные волокна стали основным армирующим элементом в перспективных композитах — их ориентация поддается строгому контролю. Это дает возможность сконструировать внутреннее строение композита с учетом нагрузок, при которых он будет эксплуатироваться.

Внутренняя геометрия высокопрочного композита обычно напоминает строение фанеры: он состоит из тонких слоев, каждый из которых армирован волокнами, ориентированными в одном направлении. Такие слоистые структуры получают обычным способом производства перспективных композитов с полимерной матрицей — предварительной пропиткой лент или слоев и их сборкой вручную. Последовательные слои могут быть ориентированы в различных направлениях, что придает материалу прочность и жесткость в нескольких направлениях. Недостатком таких композитов является отсутствие поперечного армирования как между слоями, так и в одном слое. Под действием экстремальной нагрузки композит может расслоиться, а волокна внутри слоя разделиться. 

Смотрите также

Автоматический аэростат-парашют
  Аэростат — автоматический аэростат-парашют (СССР, 1950) В СССР после Великой Отечеств, войны разрабатывались и применялись СА различной конструкций для проведения научных исследований. С ...

Общие характеристики станции
Вес МКС после завершения ее строительства, по планам, составит более 400 тонн. По габаритам станция примерно соответствует футбольному полю. На звездном небе ее можно наблюдать невооруженным глазом - ...

Устройство и особеннисти
Самолет выполнен по схеме "летающее крыло" с развитым хвостовым оперением и пилотско - пассажирской кабиной впереди. Основной частью ЛА является дискообразный центроплан с центральным тоннел ...