Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | ||
|
По сравнению с композиционными материалами на металлической основе материалы с неметаллической полимерной основой имеют следующие достоинства:
Ø хорошую технологичность;
Ø низкую (малую) плотность;
Ø более высокие удельные прочность и жесткость (в целом ряде случаев);
Ø высокую коррозионную стойкость;
Ø хорошие теплозащитные и амортизационные свойства и т.д.
Однако для большинства композиционных материалов с полимерной матрицей характерны следующие недостатки:
ü недостаточная прочность связи волокна с матрицей;
ü резкая потеря прочности при повышении температуры выше
100 – 200ºС;
ü трудность или невозможность применения сварки.
В настоящее время наибольшее распространение получили конструкционные материалы с эпоксидными, фенолоформальдегидными и полиимидными матрицами. В качестве упрочнителей применяют волокнистые и слоистые армирующие материалы.
А. Волокнистые композиционные материалы на полимерной основе
В качестве армирующих наполнителей применяются высокопрочные и высокомодульные углеродные, стеклянные и органические волокна в виде нитей, жгутов, лент, нетканых материалов.
Группы конструкционных материалов, армированных однотипными волокнами, имеют названия, указывающие на природу волокна: угле волокниты, боро волокниты, стекло волокниты, асбо волокниты и органо волокниты.
В производстве органоволокнитов используют как упругие (лавсан, капрон, анид), так и более жесткие (арамиды, нитрон, винол) синтетические волокна.
По сравнению с неармированными пластиками волокниты имеют повышенную прочность (σр=σв), а главное – достаточно большую ударную вязкость (УУВ=KCU). Органоволокниты имеют KCU≥10 КДж/м2, а стекловолокниты характеризуются KCU≥20 – 30 КДж/м2.
Асбоволкниты сочетают высокую теплостойкость (~200ºС) с большим коэффициентом трения (fтр) по стали и применяются в качестве фрикционных материалов в тормозных устройствах (см. также разд. 3.2.4.).
Особую группу волокнитов образуют материалы с параллельно расположенными непрерывными волокнами наполнителя. Ориентация волокон в одном направлении служит причиной анизотропии: вдоль волокон прочность максимальна, а в поперечном направлении – минимальна.
Б. Слоистые композиционные материалы на полимерной основе
(слоистые пластики)
Слоистые пластики представляют собой группу самых прочных и универсальных по применению пластмасс.
Свойства слоистых пластиков зависят от природы полимерной матрицы (связующего) и наполнителя, способа укладки слоев наполнителя в материале и объемного соотношения между полимером и наполнителем.
По природе наполнителя слоистые пластики разделяют на следующие виды:
§ текстолиты – с тканями из органических волокон (очень часто – с хлопчатобумажными тканями, т.е. текстилем);
§ гетинаксы – с бумагой;
§ древесно-слоистые пластики (ДСП) – с древесным шпоном;
§ стеклотекстолиты – с тканями из стеклянных волокон;
§ асботекстолиты – с тканями из асбестового волокна.
Чаще всего слоистый пластик содержит около 50% полимерного связующего. При таком содержании связующего достигается почти оптимальное сочетание прочности с химической стойкостью и водостойкостью материала.
Наименьшую механическую прочность имеют гетинаксы, наибольшую – стеклотекстолиты и стеклопластик СВАМ (см. табл. 7 на стр. 42).
Из всех слоистых пластиков текстолиты отличаются самым прочным сцеплением между полимером и наполнителем и лучше других поглощают вибрацию.
Стеклотекстолиты высокую прочность и жесткость сочетают с малой плотностью (ρ=1,8 – 1,9 т/м3), т.е. отличаются высокой удельной прочностью. К тому же, стеклотекстолиты по способности поглощать вибрацию превосходят стали и сплавы на основе титана и алюминия, т.е. имеют хорошую усталостную выносливость при воздействии переменных нагрузок.
Слоистые пластики со стеклянным или синтетическим волокном в течение десятков секунд выдерживают температуру свыше 3000ºС. В поверхностных слоях материала разрушается полимер, оплавляется наполнитель и образуется тугоплавкий кокс, защищающий более глубокие слои материала от термического разложения. Эта особенность лежит в основе применения армированных пластиков в качестве теплозащитных материалов (в том числе – для ракетно-космической техники).
1.4.4. Композиты на углеродной основе
(углерод-углеродные материалы)
Углерод-углеродными материалами называются композиционные материалы, содержащие углеродную матрицу, армированную углеродными волокнами или тканями на их основе. Одинаковая химическая природа и близкие физико-химические свойства обеспечивают прочную связь наполнителя с матрицей и определяют уникальные свойства данного типа композиционных материалов.
Механические свойства этих композиционных материалов в большой мере зависят от схемы армирования: σв может меняться от 100 до 1000 МПа. Наиболее предпочтительным является многоосное армирование, при котором армирующие волокна располагаются в различных направлениях.
Помимо высокой прочности и большой жесткости углерод-углеродным композиционным материалам присущи следующие достоинства:
ü малая плотность (ρ=1,3 – 2,1 т/м3);
ü высокая тепло- и термостойкость;
ü большое сопротивление тепловому удару, эрозии и облучению;
ü низкие коэффициенты трения и линейного термического расширения;
ü высокая коррозионная стойкость;
ü широкий диапазон электрических свойств (от проводников до полупроводников).
Исходным материалом для матриц служат синтетические смолы (олигомеры) с высоким коксовым остатком: фенолформальдегидные, эпоксидные, фурановые и др.
Кроме того, для создания матриц используют каменноугольные и нефтяные пропитывающие пеки, представляющие собой сложную смесь полициклических ароматических углеводородов.
Структура и свойства композиционных материалов в большой степени зависят от способа их получения. Один из распространенных технологических процессов получения углерод-углеродных композиционных материалов включает стадии:
¨ пропитку углеродных волокон смолой (олигомером) или пеками;
¨ намотку заготовки, её отверждение и механическую обработку на заданный размер;
¨ карбонизацию при 800 – 1500ºС в неокислительной среде (например, в инертном газе);
¨ уплотнение пиролитическим углеродом;
¨ графитизацию при 2500 – 3000ºС;
¨ нанесение противоокислительного покрытия из карбидов кремния и циркония.
Для получения композиционных материалов заданной плотности цикл «пропитка – отверждение – карбонизация» проводят многократно.
Дата публикования: 2014-11-28; Прочитано: 584 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!