Композитные материалы
Композиционный материа́л или композитный материа́л (КМ), сокращённо компози́т — многокомпонентный материал, изготовленный (человеком или природой) из двух или более компонентов с существенно различными физическими и/или химическими свойствами, которые в сочетании приводят к появлению нового материала с характеристиками, отличными от характеристик отдельных компонентов и не являющимися простой их суперпозицией. В составе композита принято выделять матрицу/матрицы и наполнитель/наполнители, последние выполняют функцию армирования (по аналогии с арматурой в таком композиционном строительном материале, как железобетон). В качестве наполнителей композитов как правило выступают углеродные или стеклянные волокна, а роль матрицы играет полимер. Сочетание разных компонентов позволяет улучшить характеристики материала и делает его одновременно лёгким и прочным. При этом отдельные компоненты остаются таковыми в структуре композитов, что отличает их от смесей и затвердевших растворов. Варьируя состав матрицы и наполнителя, их соотношение, ориентацию наполнителя, получают широкий спектр материалов с требуемым набором свойств. Многие композиты превосходят традиционные материалы и сплавы по своим механическим свойствам и в то же время они легче. Использование композитов обычно позволяет уменьшить массу конструкции при сохранении или улучшении её механических характеристик.
Структура композиционных материалов
По структуре композиты делятся на несколько основных классов: волокнистые, дисперсно-упрочнённые, упрочнённые частицами и нанокомпозиты. Волокнистые композиты армированы волокнами или нитевидными кристаллами — кирпичи с соломой и папье-маше можно отнести как раз к этому классу композитов. Уже небольшое содержание наполнителя в композитах такого типа приводит к появлению качественно новых механических свойств материала. Широко варьировать свойства материала позволяет также изменение ориентации размера и концентрации волокон. Кроме того, армирование волокнами придаёт материалу анизотропию свойств (различие свойств в разных направлениях), а за счёт добавки волокон проводников можно придать материалу электропроводность вдоль заданной оси.
В слоистых композиционных материалах матрица и наполнитель расположены слоями, как, например, в особо прочном стекле, армированном несколькими слоями полимерных плёнок.
Микроструктура остальных классов композиционных материалов характеризуется тем, что матрицу наполняют частицами армирующего вещества, а различаются они размерами частиц. В композитах, упрочнённых частицами, их размер больше 1 мкм, а содержание составляет 20—25 % (по объёму), тогда как дисперсноупрочненные композиты включают в себя от 1 до 15 % (по объёму) частиц размером от 0,01 до 0,1 мкм. Размеры частиц, входящих в состав нанокомпозитов — нового класса композиционных материалов — ещё меньше и составляют 10—100 нм.
Полимерные композиционные материалы (ПКМ)
Композиты, в которых матрицей служит полимерный материал, являются одним из самых многочисленных и разнообразных видов материалов. Их применение в различных областях даёт значительный экономический эффект. Например, использование ПКМ при производстве космической и авиационной техники позволяет сэкономить от 5 до 30 % веса летательного аппарата. А снижение веса, например, искусственного спутника на околоземной орбите на 1 кг приводит к экономии 1000$[источник не указан 966 дней]. В качестве наполнителей ПКМ используется множество различных веществ.
А) Стеклопластики — полимерные композиционные материалы, армированные стеклянными волокнами, которые формируют из расплавленного неорганического стекла. В качестве матрицы чаще всего применяют как термореактивные синтетические смолы (фенольные, эпоксидные, полиэфирные, цианатные и так далее), так и термопластичные полимеры (полиамиды, полиэтилен, полистирол и так далее). Эти материалы обладают достаточно высокой прочностью, низкой теплопроводностью, высокими электроизоляционными свойствами, кроме того, они прозрачны для радиоволн. Использование стеклопластиков началось в конце Второй мировой войны для изготовления антенных обтекателей — куполообразных конструкций, в которых размещается антенна локатора. В первых армированных стеклопластиках количество волокон было небольшим, волокно вводилось, главным образом, чтобы нейтрализовать грубые дефекты хрупкой матрицы. Однако со временем назначение матрицы изменилось — она стала служить только для склеивания прочных волокон между собой, содержание волокон во многих стеклопластиках достигает 80 % по массе. Слоистый материал, в котором в качестве наполнителя применяется ткань, плетённая из стеклянных волокон, называется стеклотекстолитом.
Стеклопластики — достаточно дешёвые материалы, их широко используют в строительстве, судостроении, радиоэлектронике, производстве бытовых предметов, спортивного инвентаря, оконных рам для современных стеклопакетов и так далее.
Б) Углепластики — наполнителем в этих полимерных композитах служат углеродные волокна. Углеродные волокна получают из синтетических и природных волокон на основе целлюлозы, сополимеров акрилонитрила, нефтяных и каменноугольных пеков и так далее. Термическая обработка волокна проводится, как правило, в три этапа (окисление — 220 °C, карбонизация — 1000—1500 °C и графитизация — 1800—3000 °C) и приводит к образованию волокон, характеризующихся высоким содержанием (до 99,5 % по массе) углерода. В зависимости от режима обработки и исходного сырья полученное углеволокно имеет различную структуру. Для изготовления углепластиков используются те же матрицы, что и для стеклопластиков — чаще всего — термореактивные и термопластичные полимеры. Основными преимуществами углепластиков по сравнению со стеклопластиками является их низкая плотность и более высокий модуль упругости, углепластики — очень лёгкие и, в то же время, прочные материалы. Углеродные волокна и углепластики имеют практически нулевой коэффициент линейного расширения. Все углепластики хорошо проводят электричество, чёрного цвета, что несколько ограничивает области их применения. Углепластики используются в авиации, ракетостроении, машиностроении, производстве космической техники, медтехники, протезов, при изготовлении лёгких велосипедов и другого спортивного инвентаря.
На основе углеродных волокон и углеродной матрицы создают композиционные углеграфитовые материалы — наиболее термостойкие композиционные материалы (углепластики), способные долго выдерживать в инертных или восстановительных средах температуры до 3000 °C. Существует несколько способов производства подобных материалов. По одному из них углеродные волокна пропитывают фенолформальдегидной смолой, подвергая затем действию высоких температур (2000 °C), при этом происходит пиролиз органических веществ и образуется углерод. Чтобы материал был менее пористым и более плотным, операцию повторяют несколько раз. Другой способ получения углеродного материала состоит в прокаливании обычного графита при высоких температурах в атмосфере метана. Мелкодисперсный углерод, образующийся при пиролизе метана, закрывает все поры в структуре графита. Плотность такого материала увеличивается по сравнению с плотностью графита в полтора раза. Из углепластиков делают высокотемпературные узлы ракетной техники и скоростных самолётов, тормозные колодки и диски для скоростных самолётов и многоразовых космических кораблей, электротермическое оборудование.
В) Боропластики — композиционные материалы, содержащие в качестве наполнителя борные волокна, внедрённые в термореактивную полимерную матрицу, при этом волокна могут быть как в виде мононитей, так и в виде жгутов, оплетённых вспомогательной стеклянной нитью или лентой, в которых борные нити переплетены с другими нитями. Благодаря большой твёрдости нитей, получающийся материал обладает высокими механическими свойствами (борные волокна имеют наибольшую прочность при сжатии по сравнению с волокнами из других материалов) и большой стойкостью к агрессивным условиям, но высокая хрупкость материала затрудняет их обработку и накладывает ограничения на форму изделий из боропластиков. Кроме того, стоимость борных волокон очень высока (порядка 400 $/кг) в связи с особенностями технологии их получения (бор осаждают из хлорида на вольфрамовую подложку, стоимость которой может достигать до 30 % стоимости волокна). Термические свойства боропластиков определяются термостойкостью матрицы, поэтому рабочие температуры, как правило, невелики.
Применение боропластиков ограничивается высокой стоимостью производства борных волокон, поэтому они используются главным образом в авиационной и космической технике в деталях, подвергающихся длительным нагрузкам в условиях агрессивной среды.
Г) Органопластики — композиты, в которых наполнителями служат органические, синтетические и реже — природные и искусственные волокна в виде жгутов, нитей, тканей, бумаги и так далее. В термореактивных органопластиках матрицей служат, как правило, эпоксидные, полиэфирные и фенольные смолы, а также полиимиды. Материал содержит 40—70 % наполнителя. Содержание наполнителя в органопластиках на основе термопластичных полимеров — полиэтилена, ПВХ, полиуретана и так далее — варьируется в значительно больших пределах — от 2 до 70 %. Органопластики обладают низкой плотностью, они легче стекло- и углепластиков, относительно высокой прочностью при растяжении; высоким сопротивлением удару и динамическим нагрузкам, но, в то же время, низкой прочностью при сжатии и изгибе.
Важную роль в улучшении механических характеристик органопластика играет степень ориентации макромолекул наполнителя. Макромолекулы жесткоцепных полимеров, таких, как полипарафенилтерефталамид (кевлар) в основном ориентированы в направлении оси полотна и поэтому обладают высокой прочностью при растяжении вдоль волокон. Из материалов, армированных кевларом, изготавливают пулезащитные бронежилеты.
Органопластики находят широкое применение в авто-, судо-, машиностроении, авиа- и космической технике, радиоэлектронике, химическом машиностроении, производстве спортивного инвентаря и так далее.
Д) Полимеры, наполненные порошками. Известно более 10 000 марок наполненных полимеров. Наполнители используются как для снижения стоимости материала, так и для придания ему специальных свойств. Впервые наполненный полимер начал производить доктор Бейкеленд (Leo H.Baekeland, США), открывший в начале XX века способ синтеза фенолформальдегидной (бакелитовой) смолы. Сама по себе эта смола — вещество хрупкое, обладающее невысокой прочностью. Бейкеленд обнаружил, что добавка волокон, в частности, древесной муки к смоле до её затвердевания, увеличивает её прочность. Созданный им материал — бакелит — приобрёл большую популярность. Технология его приготовления проста: смесь частично отверждённого полимера и наполнителя — пресс-порошок — под давлением необратимо затвердевает в форме. Первое серийное изделие — ручка переключателя скоростей автомобиля «Роллс-Ройс» — было произведено по данной технологии в 1916 году. Наполненные термореактивные полимеры широко используются по сей день.
Сейчас применяются разнообразные наполнители как термореактивных, так и термопластичных полимеров. Карбонат кальция и каолин (белая глина) дёшевы, запасы их практически неограничены, белый цвет даёт возможность окрашивать материал. Применяют для изготовления жёстких и эластичных поливинилхлоридных материалов для производства труб, электроизоляции, облицовочных плиток и так далее, полиэфирных стеклопластиков, наполнения полиэтилена и полипропилена. Добавление талька в полипропилен существенно увеличивает модуль упругости и теплостойкость данного полимера. Сажа больше всего используется в качестве наполнителя резин, но вводится и в полиэтилен, полипропилен, полистирол и так далее. По-прежнему широко применяют органические наполнители — древесную муку, молотую скорлупу орехов, растительные и синтетические волокна. Большую популярность приобрёл на основе полиэтиленов с наполнителем из речного песка. Для создания биоразлагающихся композитов в качестве наполнителя используют крахмал.
Е) Текстолиты — слоистые пластики, армированные тканями из различных волокон. Технология получения текстолитов была разработана в 1920-х на основе фенолформальдегидной смолы. Полотна ткани пропитывали смолой, затем прессовали при повышенной температуре, получая текстолитовые пластины. Роль одного из первых применений текстолитов — покрытия для кухонных столов — трудно переоценить.
Основные принципы получения текстолитов сохранились, но сейчас из них формуют не только пластины, но и фигурные изделия. И, конечно, расширился круг исходных материалов. Связующими в текстолитах является широкий круг термореактивных и термопластичных полимеров, иногда даже применяются и неорганические связующие — на основе силикатов и фосфатов. В качестве наполнителя используются ткани из самых разнообразных волокон — хлопковых, синтетических, стеклянных, углеродных, асбестовых, базальтовых и так далее. Соответственно разнообразны свойства и применение текстолитов.
Композиционные материалы с металлической матрицей
При создании композитов на основе металлов в качестве матрицы применяют алюминий, магний, никель, медь и так далее. Наполнителем служат или высокопрочные волокна, или тугоплавкие, не растворяющиеся в основном металле частицы различной дисперсности.
Свойства дисперсноупрочненных металлических композитов изотропны — одинаковы во всех направлениях. Добавление 5—10 % армирующих наполнителей (тугоплавких оксидов, нитридов, боридов, карбидов) приводит к повышению сопротивляемости матрицы нагрузкам. Эффект увеличения прочности сравнительно невелик, однако ценно увеличение жаропрочности композита по сравнению с исходной матрицей. Так, введение в жаропрочный хромоникелевый сплав тонкодисперсных порошков оксида тория или оксида циркония позволяет увеличить температуру, при которой изделия из этого сплава способны к длительной работе, с 1000 до 1200 °C. Дисперсноупрочненные металлические композиты получают, вводя порошок наполнителя в расплавленный металл, или методами порошковой металлургии.
Армирование металлов волокнами, нитевидными кристаллами, проволокой значительно повышает как прочность, так и жаростойкость металла. Например, сплавы алюминия, армированные волокнами бора, можно эксплуатировать при температурах до 450—500 °C, вместо 250—300 °C. Применяют оксидные, боридные, карбидные, нитридные металлические наполнители, углеродные волокна. Керамические и оксидные волокна из-за своей хрупкости не допускают пластическую деформацию материала, что создаёт значительные технологические трудности при изготовлении изделий, тогда как использование более пластичных металлических наполнителей позволяет переформование. Получают такие композиты пропитыванием пучков волокон расплавами металлов, электроосаждением, смешением с порошком металла и последующим спеканием и так далее.
В 1970-х появились первые материалы, армированные нитевидными монокристаллами («усами»). Нитевидные кристаллы получают, протягивая расплав через фильеры. Используются «усы» оксида алюминия, оксида бериллия, карбидов бора и кремния, нитридов алюминия и кремния и так далее длиной 0,3—15 мм и диаметром 1-30 мкм. Армирование «усами» позволяет значительно увеличить прочность материала и повысить его жаростойкость. Например, предел текучести композита из серебра, содержащего 24 % «усов» , в 30 раз превышает предел текучести серебра и в 2 раза — других композиционных материалов на основе серебра. Армирование «усами» оксида алюминия материалов на основе вольфрама и молибдена вдвое увеличило их прочность при температуре 1650 °C, что позволяет использовать эти материалы для изготовления сопел ракет.
Композиционные материалы на основе керамики
Армирование керамических материалов волокнами, а также металлическими и керамическими дисперсными частицами позволяет получать высокопрочные композиты, однако, ассортимент волокон, пригодных для армирования керамики, ограничен свойствами исходного материала. Часто используют металлические волокна. Сопротивление растяжению растёт незначительно, но зато повышается сопротивление тепловым ударам — материал меньше растрескивается при нагревании, но возможны случаи, когда прочность материала падает. Это зависит от соотношения коэффициентов термического расширения матрицы и наполнителя.
Армирование керамики дисперсными металлическими частицами приводит к новым материалам (керметам) с повышенной стойкостью, устойчивостью относительно тепловых ударов, с повышенной теплопроводностью. Из высокотемпературных керметов делают детали для газовых турбин, арматуру электропечей, детали для ракетной и реактивной техники. Твёрдые износостойкие керметы используют для изготовления режущих инструментов и деталей. Кроме того, керметы применяют в специальных областях техники — это тепловыделяющие элементы атомных реакторов на основе оксида урана, фрикционные материалы для тормозных устройств и так далее.
Керамические композиционные материалы получают методами горячего прессования (таблетирование с последующим спеканием под давлением) или методом шликерного литья (волокна заливаются суспензией матричного материала, которая после сушки также подвергается спеканию).
См. также
- Композитная арматура
- Гибридный материал
Примечания
- Любин Дж. Справочник по композиционным материалам. Том 1 / пер. с англ. А. Б. Геллера, М. М. Гельмонта. — М.: Машиностроение, 1988. — С. 181—183. — 448 с. — ISBN 5-218-00225-5. Архивировано 6 октября 2022 года.
В статье не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску). |
Литература
- Кербер М. Л., Полимерные композиционные материалы. Структура. Свойства. Технологии. — СПб.: Профессия, 2008. — 560 с.
- Васильев В. В., Механика конструкций из композиционных материалов. — М.: Машиностроение, 1988. — 272 с.
- Карпинос Д. М., Композиционные материалы. Справочник. — Киев, Наукова думка
- СП 164.1325800.2014 Усиление железобетонных конструкций композитными материалами. Правила проектирования.
- Техническое заключение по результатам лабораторных испытаний арматурных выпусков из стеклопластика, установленных в монолитный бетон, на действие продольных относительно оси выпуска усилий // Tekhnicheskoe zaklyuchenie po rezul’tatam laboratornyh ispytaniy armaturnyh vypuskov iz stekloplastika, ustanovlennyh v monolitnyy beton, na deystvie prodol’nyh otnositel’no osi vypuska usiliy
- Высокопрочные системы усиления ITECWRAP/ITECRESIN. Екатеринбург: ООО НИИ Высокопрочные системы усиления ИНТЕР/ТЭК, 2010. 69 с. // Vysokoprochnye sistemy usileniya ITECWRAP/ITECRESIN. Yekaterinburg: OOO NII Vysokoprochnye sistemy usileniya INTER/TEK, 2010. 69.
- Коршунов, Я. Бурейская ГЭС: сверхпроектные работы/ Я. Коршунов // Газета «Вестник РусГидро».№ 4 — 2014. С.8. // Korshunov, Ya. Bureyskaya GES: sverhproektnye raboty/Ya. Korshunov//Gazeta «Vestnik RusGidro» #4-2014. P.8
- Усиление железобетонных конструкций (Пособие П 1-98 к СНиП 2.03.01-84*). Минск, 1998. // Usilenie zhelezobetonnyh konstrukciy (Posobie P 1-98 k SNiP 2.03.01-84*). Minsk, 1998.
- Хозин В. Г., Пискунов А. А., Гиздатуллин А. Р., Куклин А. Н. Сцепление полимеркомпозитной арматуры с цементным бетоном / Известия КГАСУ № 1(23) — 2013. С. 214—220
Ссылки
- Журнал Механика композиционных материалов и конструкций на mkmk.ras.ru
- «Композиты из наукограда» — Телесюжет
- «Технология чёрного крыла» Телесюжет
Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер, Информация о Композитные материалы, Что такое Композитные материалы? Что означает Композитные материалы?
Zapros Kompozit perenapravlyaetsya syuda sm takzhe drugie znacheniya Kompozicionnyj materia l ili kompozitnyj materia l KM sokrashyonno kompozi t mnogokomponentnyj material izgotovlennyj chelovekom ili prirodoj iz dvuh ili bolee komponentov s sushestvenno razlichnymi fizicheskimi i ili himicheskimi svojstvami kotorye v sochetanii privodyat k poyavleniyu novogo materiala s harakteristikami otlichnymi ot harakteristik otdelnyh komponentov i ne yavlyayushimisya prostoj ih superpoziciej V sostave kompozita prinyato vydelyat matricu matricy i napolnitel napolniteli poslednie vypolnyayut funkciyu armirovaniya po analogii s armaturoj v takom kompozicionnom stroitelnom materiale kak zhelezobeton V kachestve napolnitelej kompozitov kak pravilo vystupayut uglerodnye ili steklyannye volokna a rol matricy igraet polimer Sochetanie raznyh komponentov pozvolyaet uluchshit harakteristiki materiala i delaet ego odnovremenno lyogkim i prochnym Pri etom otdelnye komponenty ostayutsya takovymi v strukture kompozitov chto otlichaet ih ot smesej i zatverdevshih rastvorov Variruya sostav matricy i napolnitelya ih sootnoshenie orientaciyu napolnitelya poluchayut shirokij spektr materialov s trebuemym naborom svojstv Mnogie kompozity prevoshodyat tradicionnye materialy i splavy po svoim mehanicheskim svojstvam i v to zhe vremya oni legche Ispolzovanie kompozitov obychno pozvolyaet umenshit massu konstrukcii pri sohranenii ili uluchshenii eyo mehanicheskih harakteristik Kompozity formiruyutsya putyom obedineniya raznorodnyh materialov v obshuyu strukturu svojstva kotoroj silno otlichayutsya ot svojstv otdelnyh komponentovObychnaya kleyonaya fanera yavlyaetsya shiroko rasprostranyonnym kompozicionnym materialomStruktura kompozicionnyh materialovPo strukture kompozity delyatsya na neskolko osnovnyh klassov voloknistye dispersno uprochnyonnye uprochnyonnye chasticami i nanokompozity Voloknistye kompozity armirovany voloknami ili nitevidnymi kristallami kirpichi s solomoj i pape mashe mozhno otnesti kak raz k etomu klassu kompozitov Uzhe nebolshoe soderzhanie napolnitelya v kompozitah takogo tipa privodit k poyavleniyu kachestvenno novyh mehanicheskih svojstv materiala Shiroko varirovat svojstva materiala pozvolyaet takzhe izmenenie orientacii razmera i koncentracii volokon Krome togo armirovanie voloknami pridayot materialu anizotropiyu svojstv razlichie svojstv v raznyh napravleniyah a za schyot dobavki volokon provodnikov mozhno pridat materialu elektroprovodnost vdol zadannoj osi V sloistyh kompozicionnyh materialah matrica i napolnitel raspolozheny sloyami kak naprimer v osobo prochnom stekle armirovannom neskolkimi sloyami polimernyh plyonok Mikrostruktura ostalnyh klassov kompozicionnyh materialov harakterizuetsya tem chto matricu napolnyayut chasticami armiruyushego veshestva a razlichayutsya oni razmerami chastic V kompozitah uprochnyonnyh chasticami ih razmer bolshe 1 mkm a soderzhanie sostavlyaet 20 25 po obyomu togda kak dispersnouprochnennye kompozity vklyuchayut v sebya ot 1 do 15 po obyomu chastic razmerom ot 0 01 do 0 1 mkm Razmery chastic vhodyashih v sostav nanokompozitov novogo klassa kompozicionnyh materialov eshyo menshe i sostavlyayut 10 100 nm Polimernye kompozicionnye materialy PKM Kompozity v kotoryh matricej sluzhit polimernyj material yavlyayutsya odnim iz samyh mnogochislennyh i raznoobraznyh vidov materialov Ih primenenie v razlichnyh oblastyah dayot znachitelnyj ekonomicheskij effekt Naprimer ispolzovanie PKM pri proizvodstve kosmicheskoj i aviacionnoj tehniki pozvolyaet sekonomit ot 5 do 30 vesa letatelnogo apparata A snizhenie vesa naprimer iskusstvennogo sputnika na okolozemnoj orbite na 1 kg privodit k ekonomii 1000 istochnik ne ukazan 966 dnej V kachestve napolnitelej PKM ispolzuetsya mnozhestvo razlichnyh veshestv A Stekloplastiki polimernye kompozicionnye materialy armirovannye steklyannymi voloknami kotorye formiruyut iz rasplavlennogo neorganicheskogo stekla V kachestve matricy chashe vsego primenyayut kak termoreaktivnye sinteticheskie smoly fenolnye epoksidnye poliefirnye cianatnye i tak dalee tak i termoplastichnye polimery poliamidy polietilen polistirol i tak dalee Eti materialy obladayut dostatochno vysokoj prochnostyu nizkoj teploprovodnostyu vysokimi elektroizolyacionnymi svojstvami krome togo oni prozrachny dlya radiovoln Ispolzovanie stekloplastikov nachalos v konce Vtoroj mirovoj vojny dlya izgotovleniya antennyh obtekatelej kupoloobraznyh konstrukcij v kotoryh razmeshaetsya antenna lokatora V pervyh armirovannyh stekloplastikah kolichestvo volokon bylo nebolshim volokno vvodilos glavnym obrazom chtoby nejtralizovat grubye defekty hrupkoj matricy Odnako so vremenem naznachenie matricy izmenilos ona stala sluzhit tolko dlya skleivaniya prochnyh volokon mezhdu soboj soderzhanie volokon vo mnogih stekloplastikah dostigaet 80 po masse Sloistyj material v kotorom v kachestve napolnitelya primenyaetsya tkan pletyonnaya iz steklyannyh volokon nazyvaetsya steklotekstolitom Stekloplastiki dostatochno deshyovye materialy ih shiroko ispolzuyut v stroitelstve sudostroenii radioelektronike proizvodstve bytovyh predmetov sportivnogo inventarya okonnyh ram dlya sovremennyh steklopaketov i tak dalee B Ugleplastiki napolnitelem v etih polimernyh kompozitah sluzhat uglerodnye volokna Uglerodnye volokna poluchayut iz sinteticheskih i prirodnyh volokon na osnove cellyulozy sopolimerov akrilonitrila neftyanyh i kamennougolnyh pekov i tak dalee Termicheskaya obrabotka volokna provoditsya kak pravilo v tri etapa okislenie 220 C karbonizaciya 1000 1500 C i grafitizaciya 1800 3000 C i privodit k obrazovaniyu volokon harakterizuyushihsya vysokim soderzhaniem do 99 5 po masse ugleroda V zavisimosti ot rezhima obrabotki i ishodnogo syrya poluchennoe uglevolokno imeet razlichnuyu strukturu Dlya izgotovleniya ugleplastikov ispolzuyutsya te zhe matricy chto i dlya stekloplastikov chashe vsego termoreaktivnye i termoplastichnye polimery Osnovnymi preimushestvami ugleplastikov po sravneniyu so stekloplastikami yavlyaetsya ih nizkaya plotnost i bolee vysokij modul uprugosti ugleplastiki ochen lyogkie i v to zhe vremya prochnye materialy Uglerodnye volokna i ugleplastiki imeyut prakticheski nulevoj koefficient linejnogo rasshireniya Vse ugleplastiki horosho provodyat elektrichestvo chyornogo cveta chto neskolko ogranichivaet oblasti ih primeneniya Ugleplastiki ispolzuyutsya v aviacii raketostroenii mashinostroenii proizvodstve kosmicheskoj tehniki medtehniki protezov pri izgotovlenii lyogkih velosipedov i drugogo sportivnogo inventarya Na osnove uglerodnyh volokon i uglerodnoj matricy sozdayut kompozicionnye uglegrafitovye materialy naibolee termostojkie kompozicionnye materialy ugleplastiki sposobnye dolgo vyderzhivat v inertnyh ili vosstanovitelnyh sredah temperatury do 3000 C Sushestvuet neskolko sposobov proizvodstva podobnyh materialov Po odnomu iz nih uglerodnye volokna propityvayut fenolformaldegidnoj smoloj podvergaya zatem dejstviyu vysokih temperatur 2000 C pri etom proishodit piroliz organicheskih veshestv i obrazuetsya uglerod Chtoby material byl menee poristym i bolee plotnym operaciyu povtoryayut neskolko raz Drugoj sposob polucheniya uglerodnogo materiala sostoit v prokalivanii obychnogo grafita pri vysokih temperaturah v atmosfere metana Melkodispersnyj uglerod obrazuyushijsya pri pirolize metana zakryvaet vse pory v strukture grafita Plotnost takogo materiala uvelichivaetsya po sravneniyu s plotnostyu grafita v poltora raza Iz ugleplastikov delayut vysokotemperaturnye uzly raketnoj tehniki i skorostnyh samolyotov tormoznye kolodki i diski dlya skorostnyh samolyotov i mnogorazovyh kosmicheskih korablej elektrotermicheskoe oborudovanie V Boroplastiki kompozicionnye materialy soderzhashie v kachestve napolnitelya bornye volokna vnedryonnye v termoreaktivnuyu polimernuyu matricu pri etom volokna mogut byt kak v vide mononitej tak i v vide zhgutov opletyonnyh vspomogatelnoj steklyannoj nityu ili lentoj v kotoryh bornye niti perepleteny s drugimi nityami Blagodarya bolshoj tvyordosti nitej poluchayushijsya material obladaet vysokimi mehanicheskimi svojstvami bornye volokna imeyut naibolshuyu prochnost pri szhatii po sravneniyu s voloknami iz drugih materialov i bolshoj stojkostyu k agressivnym usloviyam no vysokaya hrupkost materiala zatrudnyaet ih obrabotku i nakladyvaet ogranicheniya na formu izdelij iz boroplastikov Krome togo stoimost bornyh volokon ochen vysoka poryadka 400 kg v svyazi s osobennostyami tehnologii ih polucheniya bor osazhdayut iz hlorida na volframovuyu podlozhku stoimost kotoroj mozhet dostigat do 30 stoimosti volokna Termicheskie svojstva boroplastikov opredelyayutsya termostojkostyu matricy poetomu rabochie temperatury kak pravilo neveliki Primenenie boroplastikov ogranichivaetsya vysokoj stoimostyu proizvodstva bornyh volokon poetomu oni ispolzuyutsya glavnym obrazom v aviacionnoj i kosmicheskoj tehnike v detalyah podvergayushihsya dlitelnym nagruzkam v usloviyah agressivnoj sredy G Organoplastiki kompozity v kotoryh napolnitelyami sluzhat organicheskie sinteticheskie i rezhe prirodnye i iskusstvennye volokna v vide zhgutov nitej tkanej bumagi i tak dalee V termoreaktivnyh organoplastikah matricej sluzhat kak pravilo epoksidnye poliefirnye i fenolnye smoly a takzhe poliimidy Material soderzhit 40 70 napolnitelya Soderzhanie napolnitelya v organoplastikah na osnove termoplastichnyh polimerov polietilena PVH poliuretana i tak dalee variruetsya v znachitelno bolshih predelah ot 2 do 70 Organoplastiki obladayut nizkoj plotnostyu oni legche steklo i ugleplastikov otnositelno vysokoj prochnostyu pri rastyazhenii vysokim soprotivleniem udaru i dinamicheskim nagruzkam no v to zhe vremya nizkoj prochnostyu pri szhatii i izgibe Vazhnuyu rol v uluchshenii mehanicheskih harakteristik organoplastika igraet stepen orientacii makromolekul napolnitelya Makromolekuly zhestkocepnyh polimerov takih kak poliparafeniltereftalamid kevlar v osnovnom orientirovany v napravlenii osi polotna i poetomu obladayut vysokoj prochnostyu pri rastyazhenii vdol volokon Iz materialov armirovannyh kevlarom izgotavlivayut pulezashitnye bronezhilety Organoplastiki nahodyat shirokoe primenenie v avto sudo mashinostroenii avia i kosmicheskoj tehnike radioelektronike himicheskom mashinostroenii proizvodstve sportivnogo inventarya i tak dalee D Polimery napolnennye poroshkami Izvestno bolee 10 000 marok napolnennyh polimerov Napolniteli ispolzuyutsya kak dlya snizheniya stoimosti materiala tak i dlya pridaniya emu specialnyh svojstv Vpervye napolnennyj polimer nachal proizvodit doktor Bejkelend Leo H Baekeland SShA otkryvshij v nachale XX veka sposob sinteza fenolformaldegidnoj bakelitovoj smoly Sama po sebe eta smola veshestvo hrupkoe obladayushee nevysokoj prochnostyu Bejkelend obnaruzhil chto dobavka volokon v chastnosti drevesnoj muki k smole do eyo zatverdevaniya uvelichivaet eyo prochnost Sozdannyj im material bakelit priobryol bolshuyu populyarnost Tehnologiya ego prigotovleniya prosta smes chastichno otverzhdyonnogo polimera i napolnitelya press poroshok pod davleniem neobratimo zatverdevaet v forme Pervoe serijnoe izdelie ruchka pereklyuchatelya skorostej avtomobilya Rolls Rojs bylo proizvedeno po dannoj tehnologii v 1916 godu Napolnennye termoreaktivnye polimery shiroko ispolzuyutsya po sej den Sejchas primenyayutsya raznoobraznye napolniteli kak termoreaktivnyh tak i termoplastichnyh polimerov Karbonat kalciya i kaolin belaya glina dyoshevy zapasy ih prakticheski neogranicheny belyj cvet dayot vozmozhnost okrashivat material Primenyayut dlya izgotovleniya zhyostkih i elastichnyh polivinilhloridnyh materialov dlya proizvodstva trub elektroizolyacii oblicovochnyh plitok i tak dalee poliefirnyh stekloplastikov napolneniya polietilena i polipropilena Dobavlenie talka v polipropilen sushestvenno uvelichivaet modul uprugosti i teplostojkost dannogo polimera Sazha bolshe vsego ispolzuetsya v kachestve napolnitelya rezin no vvoditsya i v polietilen polipropilen polistirol i tak dalee Po prezhnemu shiroko primenyayut organicheskie napolniteli drevesnuyu muku molotuyu skorlupu orehov rastitelnye i sinteticheskie volokna Bolshuyu populyarnost priobryol na osnove polietilenov s napolnitelem iz rechnogo peska Dlya sozdaniya biorazlagayushihsya kompozitov v kachestve napolnitelya ispolzuyut krahmal E Tekstolity sloistye plastiki armirovannye tkanyami iz razlichnyh volokon Tehnologiya polucheniya tekstolitov byla razrabotana v 1920 h na osnove fenolformaldegidnoj smoly Polotna tkani propityvali smoloj zatem pressovali pri povyshennoj temperature poluchaya tekstolitovye plastiny Rol odnogo iz pervyh primenenij tekstolitov pokrytiya dlya kuhonnyh stolov trudno pereocenit Osnovnye principy polucheniya tekstolitov sohranilis no sejchas iz nih formuyut ne tolko plastiny no i figurnye izdeliya I konechno rasshirilsya krug ishodnyh materialov Svyazuyushimi v tekstolitah yavlyaetsya shirokij krug termoreaktivnyh i termoplastichnyh polimerov inogda dazhe primenyayutsya i neorganicheskie svyazuyushie na osnove silikatov i fosfatov V kachestve napolnitelya ispolzuyutsya tkani iz samyh raznoobraznyh volokon hlopkovyh sinteticheskih steklyannyh uglerodnyh asbestovyh bazaltovyh i tak dalee Sootvetstvenno raznoobrazny svojstva i primenenie tekstolitov Kompozicionnye materialy s metallicheskoj matricejPri sozdanii kompozitov na osnove metallov v kachestve matricy primenyayut alyuminij magnij nikel med i tak dalee Napolnitelem sluzhat ili vysokoprochnye volokna ili tugoplavkie ne rastvoryayushiesya v osnovnom metalle chasticy razlichnoj dispersnosti Svojstva dispersnouprochnennyh metallicheskih kompozitov izotropny odinakovy vo vseh napravleniyah Dobavlenie 5 10 armiruyushih napolnitelej tugoplavkih oksidov nitridov boridov karbidov privodit k povysheniyu soprotivlyaemosti matricy nagruzkam Effekt uvelicheniya prochnosti sravnitelno nevelik odnako cenno uvelichenie zharoprochnosti kompozita po sravneniyu s ishodnoj matricej Tak vvedenie v zharoprochnyj hromonikelevyj splav tonkodispersnyh poroshkov oksida toriya ili oksida cirkoniya pozvolyaet uvelichit temperaturu pri kotoroj izdeliya iz etogo splava sposobny k dlitelnoj rabote s 1000 do 1200 C Dispersnouprochnennye metallicheskie kompozity poluchayut vvodya poroshok napolnitelya v rasplavlennyj metall ili metodami poroshkovoj metallurgii Armirovanie metallov voloknami nitevidnymi kristallami provolokoj znachitelno povyshaet kak prochnost tak i zharostojkost metalla Naprimer splavy alyuminiya armirovannye voloknami bora mozhno ekspluatirovat pri temperaturah do 450 500 C vmesto 250 300 C Primenyayut oksidnye boridnye karbidnye nitridnye metallicheskie napolniteli uglerodnye volokna Keramicheskie i oksidnye volokna iz za svoej hrupkosti ne dopuskayut plasticheskuyu deformaciyu materiala chto sozdayot znachitelnye tehnologicheskie trudnosti pri izgotovlenii izdelij togda kak ispolzovanie bolee plastichnyh metallicheskih napolnitelej pozvolyaet pereformovanie Poluchayut takie kompozity propityvaniem puchkov volokon rasplavami metallov elektroosazhdeniem smesheniem s poroshkom metalla i posleduyushim spekaniem i tak dalee V 1970 h poyavilis pervye materialy armirovannye nitevidnymi monokristallami usami Nitevidnye kristally poluchayut protyagivaya rasplav cherez filery Ispolzuyutsya usy oksida alyuminiya oksida berilliya karbidov bora i kremniya nitridov alyuminiya i kremniya i tak dalee dlinoj 0 3 15 mm i diametrom 1 30 mkm Armirovanie usami pozvolyaet znachitelno uvelichit prochnost materiala i povysit ego zharostojkost Naprimer predel tekuchesti kompozita iz serebra soderzhashego 24 usov v 30 raz prevyshaet predel tekuchesti serebra i v 2 raza drugih kompozicionnyh materialov na osnove serebra Armirovanie usami oksida alyuminiya materialov na osnove volframa i molibdena vdvoe uvelichilo ih prochnost pri temperature 1650 C chto pozvolyaet ispolzovat eti materialy dlya izgotovleniya sopel raket Kompozicionnye materialy na osnove keramikiArmirovanie keramicheskih materialov voloknami a takzhe metallicheskimi i keramicheskimi dispersnymi chasticami pozvolyaet poluchat vysokoprochnye kompozity odnako assortiment volokon prigodnyh dlya armirovaniya keramiki ogranichen svojstvami ishodnogo materiala Chasto ispolzuyut metallicheskie volokna Soprotivlenie rastyazheniyu rastyot neznachitelno no zato povyshaetsya soprotivlenie teplovym udaram material menshe rastreskivaetsya pri nagrevanii no vozmozhny sluchai kogda prochnost materiala padaet Eto zavisit ot sootnosheniya koefficientov termicheskogo rasshireniya matricy i napolnitelya Armirovanie keramiki dispersnymi metallicheskimi chasticami privodit k novym materialam kermetam s povyshennoj stojkostyu ustojchivostyu otnositelno teplovyh udarov s povyshennoj teploprovodnostyu Iz vysokotemperaturnyh kermetov delayut detali dlya gazovyh turbin armaturu elektropechej detali dlya raketnoj i reaktivnoj tehniki Tvyordye iznosostojkie kermety ispolzuyut dlya izgotovleniya rezhushih instrumentov i detalej Krome togo kermety primenyayut v specialnyh oblastyah tehniki eto teplovydelyayushie elementy atomnyh reaktorov na osnove oksida urana frikcionnye materialy dlya tormoznyh ustrojstv i tak dalee Keramicheskie kompozicionnye materialy poluchayut metodami goryachego pressovaniya tabletirovanie s posleduyushim spekaniem pod davleniem ili metodom shlikernogo litya volokna zalivayutsya suspenziej matrichnogo materiala kotoraya posle sushki takzhe podvergaetsya spekaniyu Sm takzheKompozitnaya armatura Gibridnyj materialPrimechaniyaLyubin Dzh Spravochnik po kompozicionnym materialam Tom 1 per s angl A B Gellera M M Gelmonta M Mashinostroenie 1988 S 181 183 448 s ISBN 5 218 00225 5 Arhivirovano 6 oktyabrya 2022 goda V state ne hvataet ssylok na istochniki sm rekomendacii po poisku Informaciya dolzhna byt proveryaema inache ona mozhet byt udalena Vy mozhete otredaktirovat statyu dobaviv ssylki na avtoritetnye istochniki v vide snosok 20 oktyabrya 2024 LiteraturaKerber M L Polimernye kompozicionnye materialy Struktura Svojstva Tehnologii SPb Professiya 2008 560 s Vasilev V V Mehanika konstrukcij iz kompozicionnyh materialov M Mashinostroenie 1988 272 s Karpinos D M Kompozicionnye materialy Spravochnik Kiev Naukova dumka SP 164 1325800 2014 Usilenie zhelezobetonnyh konstrukcij kompozitnymi materialami Pravila proektirovaniya Tehnicheskoe zaklyuchenie po rezultatam laboratornyh ispytanij armaturnyh vypuskov iz stekloplastika ustanovlennyh v monolitnyj beton na dejstvie prodolnyh otnositelno osi vypuska usilij Tekhnicheskoe zaklyuchenie po rezul tatam laboratornyh ispytaniy armaturnyh vypuskov iz stekloplastika ustanovlennyh v monolitnyy beton na deystvie prodol nyh otnositel no osi vypuska usiliy Vysokoprochnye sistemy usileniya ITECWRAP ITECRESIN Ekaterinburg OOO NII Vysokoprochnye sistemy usileniya INTER TEK 2010 69 s Vysokoprochnye sistemy usileniya ITECWRAP ITECRESIN Yekaterinburg OOO NII Vysokoprochnye sistemy usileniya INTER TEK 2010 69 Korshunov Ya Burejskaya GES sverhproektnye raboty Ya Korshunov Gazeta Vestnik RusGidro 4 2014 S 8 Korshunov Ya Bureyskaya GES sverhproektnye raboty Ya Korshunov Gazeta Vestnik RusGidro 4 2014 P 8 Usilenie zhelezobetonnyh konstrukcij Posobie P 1 98 k SNiP 2 03 01 84 Minsk 1998 Usilenie zhelezobetonnyh konstrukciy Posobie P 1 98 k SNiP 2 03 01 84 Minsk 1998 Hozin V G Piskunov A A Gizdatullin A R Kuklin A N Sceplenie polimerkompozitnoj armatury s cementnym betonom Izvestiya KGASU 1 23 2013 S 214 220SsylkiMediafajly na Vikisklade Zhurnal Mehanika kompozicionnyh materialov i konstrukcij na mkmk ras ru Kompozity iz naukograda Telesyuzhet Tehnologiya chyornogo kryla Telesyuzhet
