Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Композиционные материалы на полимерной основе

15.11.2018


В настоящее время наиболее широкое применение в промышленности получили материалы с полимерной матрицей (ПКМ). Свойства такого КM определяются свойствами входящих в его состав компонентов, их соотношением, характером взаимодействия на границе раздела матрица — наполнитель и технологией изготовления.

При получении изделий из ПКМ в качестве матрицы находят применение термореактивные связующие: эпоксидные, полиэфирные, кремнийорганические, фенольные и др., лучшими среди которых являются эпоксидные связующие.

Наполнитель в ПКМ воспринимает напряжения, возникающие в композиции при действии внешних нагрузок, придавая ей прочность и жесткость в направлении волокон. Наполнитель может иметь любую природу (металлы, минералы, органика) и различную форму поверхности — непрерывные и дискретные волокна, нити, жгуты, ленты, ткани, чешуйки, микросферы, порошки и пр. В современной технике широко используют непрерывные высокопрочные волокна, которые обеспечивают наиболее высокие механические свойства получаемого КМ. Чаще всего это стеклянные, органические, углеродные и борные волокна, образующие в сочетании с полимерными связующими группу высокопрочных ПКМ (стекло-, органо-, угле- и боропластики). Связь между компонентами в KM на неметаллической основе осуществляется в результате адгезии (межмолекулярного взаимодействия).

Основными технологическими методами формообразования при изготовлении конструкций из ПКМ являются намотка, прессование, вакуумное и автоклавное формообразование, механизированная укладка и др. Выбор и эффективность применения этих методов определяются размерами, конфигурацией и целевым назначением изделия.

Структура и свойства ПКМ существенно зависят от технологии его изготовления. Важнейшими факторами, влияющими на свойства этих композитов, являются температура, давление, режимы нагрева, охлаждения и др. Высокого качества изделия (однородная структура, минимальный уровень остаточных напряжений, высокая степень завершенности процессов отверждения и кристаллизации) достигают правильным выбором всех технологических параметров.

Высокая прочность ПКМ обусловлена прочностью наполнителей, а упругопластические характеристики — свойствами полимерных матриц. Высокую усталостную прочность неметаллических KM по сравнению со сплавами достигают благодаря тому, что граница матрица — армирующий элемент, как и в МКМ, является препятствием для распространения усталостных трещин.

Стекловолокниты (стеклопластики) по удельной прочности превосходят легированные стали, сплавы алюминия, магния, титана. Свойства стекловолокна зависят от диаметра стеклянных нитей (оптимальный диаметр 5...20 мкм). Эти композиты устойчивы к коррозии во многих агрессивных средах, обладают высокими электроизоляционными свойствами, водонепроницаемы, могут длительно работать при высоких температурах (до 200 °С). Стекловолокниты применяют для изготовления изделий в различных областях машиностроения (табл. 18.5). В конструкциях летательных аппаратов, например, доля этих материалов превышает 50 % общего объема ПКМ.

В углепластиках (р = 1,4...1,55 т/м3) полимерная матрица армирована углеродными волокнами, в бороволокнитах (боропластиках) — бором. ПКМ этих двух типов отличаются высокими модулем упругости, прочностью и выносливостью. Карбоволокнит марки КМУ-1У по удельной прочности и жесткости превосходит титановые сплавы.

Бороволокниты являются наиболее высокомодульными ПКМ с высокой прочностью при различных схемах нагружения — растяжении, сжатии, сдвиге. Им также свойственна высокая коррозионная стойкость в присутствии воды, органических растворителей, радиации, горюче-смазочных материалов. Использование в органоволокнитах синтетических волокон (капрона, лавсана, винола, полиамида) в качестве наполнителя приводит к значительному снижению их плотности (до 1,15...1,5 т/м), т. е. к повышению всех удельных характеристик. По удельной жесткости (Е/р), например, эти ПКМ сопоставимы с высокопрочными сталями.

Органоволокниты, по сравнению с другими ПКМ, отличаются более высокой пластичностью, ударной вязкостью, стабильностью механических свойств при резком перепаде температур, воздействии ударных нагрузок, т. е. надежностью при эксплуатации; а также высокой химической стойкостью и хорошими диэлектрическими свойствами. Однако они имеют пониженные предел выносливости и модуль упругости. Органоволокниты применяют в качестве изоляционного и конструкционного материала в электро- и радиопромышленности, авиа- и автомобилестроении (см. табл. 18.5).

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: