Що таке композитний. Види і застосування композитних матеріалів

4

Композитом називають суцільний неоднорідний матеріал, який був штучно створений з декількох компонентів з різними фізичними і хімічними властивостями. Механічні характеристики композитного матеріалу визначає співвідношення властивостей матриці і армуючих елементів, а також міцність їх зв’язку, яка забезпечується при правильному виборі вихідних компонентів і способі їх суміщення.

найбільш примітивним композитним матеріалом є цеглини з соломи і глини, якими користувалися ще стародавні єгиптяни.

Найчастіше композитом називають матеріали на основі смоли або полімерних матриць. Для виготовлення композитних матеріалів використовуються фенольні, епоксидні, вінілефірні, поліефірні та поліпропіленові полімери. Армуючими речовинами при виготовленні композитів виступають сипучі речовини і волокна. Міцність матеріалу залежить від кількості смоли – чим її менше, тим він міцніше. Сьогодні для досягнення ідеальних пропорцій всіх компонентів в композитному матеріалі постійно вдосконалюється технологія формування.

Методи формування композитних матеріалів

У процесі формування матриця композитного матеріалу об’єднується з його армуючим речовиною, в результаті чого можна виготовити той чи інший виріб. Термореактивні полімерні матриці в процесі формування проходять через хімічну реакцію затвердіння. Термопластичні полімерні матриці в процесі формування розплавляються і застигають в заданій формі. Даний процес зазвичай проходить в кімнатної температури і нормального тиску.

найпоширенішим композитом сьогодні вважається цемент з металевою арматурою або асфальтобетон.

Також існує контактне (ручне) формування, яке має ряд серйозних недоліків. У виробі, сформованому цим методом, міститься підвищена кількість смоли, що робить його більш крихким. Крім цього, при ньому складно досягти ідеальних пропорцій матриці і армуючого речовини, а також дотримати товщину вироби, уникнувши при цьому внутрішніх повітряних ходів.

Процес вакуумного формування передбачає використання відкритої оснастки, в яку поміщаються компоненти композиту, накриваються силіконовою мембраною або полімерною плівкою. Потім на оснащення в умовах атмосферного тиску і підвищеної температури накладають вакуум.

1. Композиційні або композитні матеріали-матеріали майбутнього.

Після того як сучасна фізика металів детально роз’яснила нам причини їх пластичності, міцності та її збільшення, почалася інтенсивна систематична розробка нових матеріалів. Це призведе, ймовірно, вже у уявному майбутньому до створення матеріалів з міцністю, у багато разпревишающей її значення у звичайних сьогодні сплавів. При цьому велика увага буде приділятися вже відомим механізмам загартування сталі і старіння алюмінієвих сплавів, комбінаціям цих відомих механізмів з процесами формування і численними можливостями створення комбінованих матеріалів. Два перспективних шляхи відкривають комбіновані матеріали, посилені або волокнами, або диспергованими твердими частинками. Вперше в неорганічну металеву або органічну полімерну матрицю введені найтонші високоміцні волокна зі скла, вуглецю, бору, берилію, сталі або ниткоподібні монокристали. В результаті такого комбінування максимальна міцність поєднується з високим модулем пружності і невеликою щільністю. Саме такими матеріалами майбутнього є композиційні матеріали.

Композиційний матеріал – конструкційний (металевий або неметалевий) матеріал, в якому є підсилюють його елементи у вигляді ниток, волокон або пластівців більш міцного матеріалу. Приклади композиційних матеріалів: пластик, армований борними, вуглецевими, скляними волокнами, джгутами або тканинами на їх основі; алюміній, армований нитками сталі, берилію. Комбінуючи об’ємний вміст компонентів, можна отримувати композиційні матеріали з необхіднимизначеннями міцності, жароміцності, модуля пружності, абразивної стійкості, а також створювати композиції з необхідними магнітними, діелектричними, радіопоглинаючими та іншими спеціальними властивостями.

2. Типи композиційних матеріалів.

2.1. Композиційні матеріали з металевою матрицею.

Композитні матеріали або композиційні матеріали складаються з металевої матриці (частіше al, mg, ni і їх сплави), зміцненої високоміцними волокнами (волокнисті матеріали) або тонкодисперсними тугоплавкими частинками, що не розчиняються в основному металі (дисперсно-зміцнені матеріали). Металева матриця пов’язує волокна (дисперсні частинки) в єдине ціле. Волокно (дисперсні частинки) плюс зв’язка (матриця), складові ту чи іншу композицію, отримали назву композиційні матеріали.

2.2. Композиційні матеріали з неметалевою матрицею.

Композиційні матеріали з неметалевою матрицею знайшли широке застосування. Як неметалевих матриць використовують полімерні, вуглецеві та керамічні матеріали. З полімерних матриць найбільшого поширення набули епоксидна, фенолоформальдегідна і поліамідна.
Вугільні матриці коксовані або піровуглецеві отримують з синтетичних полімерів, підданих піролізу. Матриця пов’язує композицію, надаючи їй форму. Зміцнювачами служать волокна: скляні, вуглецеві, борні, органічні, на основі ниткоподібних кристалів (оксидів, карбідів,боридів, нітридів та інших), а також металеві (дроту), що володіють високою міцністю і жорсткістю.

Властивості композиційних матеріалів залежать від складу компонентів,їх поєднання, кількісного співвідношення і міцності зв’язку між ними.
Армуючі матеріали можуть бути у вигляді волокон, джгутів, ниток, стрічок, багатошарових тканин.

Зміст упрочнителя в орієнтованих матеріалах становить 60-80 об. % , в неорієнтованих (з дискретними волокнами і ниткоподібними кристалами) – 20-30 об. %. Чим вище міцність і модуль пружності волокон, тим вище міцність і жорсткість композиційного матеріалу. Властивості матриці визначають міцність композиції при зсуві і стисненні і опір втомному руйнуванню.

По виду упрочнителя композитні матеріали класифікують настекловолокніти, карбоволокніти з вуглецевими волокнами, бороволокніти іоргановолокніти.

У шаруватих матеріалах волокна, нитки, стрічки, просочені сполучною, укладаються паралельно один одному в площині укладання. Плоскі слоісобіраются в пластини. Властивості виходять анізотропними. Для работимеріала в виробі важливо враховувати напрямок діючих навантажень. Можна створювати матеріали як з ізотропними, так і з анізотропними властивостями.
Можна укладати волокна під різними кутами, варіюючи властивості композиційних матеріалів. Від порядку укладання шарів по товщині пакета залежать згинальні і крутильні жорсткості матеріалу.

Застосовується укладання упрочнителей з трьох, чотирьох і більше ниток.
Найбільше застосування має структура з трьох взаємно перпендикулярних ниток. Зміцнювачі можуть розташовуватися в осьовому, радіальному і окружному напрямках.

Тривимірні матеріали можуть бути будь-якої товщини у вигляді блоків, циліндрів. Об’ємні тканини збільшують міцність на відрив і опір в порівнянні з шаруватими. Система з чотирьох ниток будується шляхом розкладання упрочнителя по діагоналях куба. Структура з чотирьох ниток рівноважна, має підвищену жорсткість при зсуві в головних площинах.
Однак створення чотирьохнаправлених матеріалів складніше, ніж трьох спрямованих.

3. Класифікація композиційних матеріалів.

3.1. Волокнисті композиційні матеріали.

Часто композиційний матеріал являє собою шарувату структуру, в якій кожен шар армований великим числом паралельних безперервних волокон. Кожен шар можна армувати також безперервними волокнами, витканими в тканину,яка являє собою вихідну форму, по ширині і довжині відповідну кінцевому матеріалу. Нерідко волокна сплітають в тривимірні структури.

Композитні матеріали відрізняються від звичайних сплавів більш високими значеннями тимчасового опору і межі витривалості (на 50 – 10 %), модуля пружності, коефіцієнта жорсткості і зниженою схильністю до тріщиноутворення. Застосування композиційних матеріалів підвищує жорсткість конструкції при одночасному зниженні її металоємності.

Міцність композиційних (волокнистих) матеріалів визначається властивостями волокон; матриця в основному повинна перерозподіляти напруги між армуючими елементами. Тому міцність і модуль пружності волокна повинні бутиЗначно більше, ніж міцність і модуль пружності матриці.
Жорсткі армуючі волокна сприймають напруги, що виникають в композиції при навантаженні, надають їй міцність і жорсткість в напрямку орієнтації волокон.

Для зміцнення алюмінію, магнію і їх сплавів застосовують борні, а також волокна з тугоплавких сполук (карбідів, нітридів, боридів і оксидів), що мають високі міцність і модульупругості. Нерідко використовують в якості волокон дріт з високоміцних сталей.

Для армування титану і його сплавів застосовують молібденовий дріт, волокна сапфіра, карбіду кремнію і бориду титану.

Підвищення жароміцності нікелевих сплавів досягається армуванням їх вольфрамової або молібденової дротом. Металеві волокна використовують і в тих випадках, коли потрібні високі теплопровідність і електропровідність. Перспективними упрочнителями для високоміцних івисокомодульних волокнистих композиційних матеріалів є ниткоподібні кристали з оксиду і нітриду алюмінію, карбіду і нітриду кремнію, карбідабору та ін.

Композиційні матеріали на металевій основі володіють высокойпрочностью і жароміцністю, в той же час вони малопластичные. Однак волокна в композиційних матеріалах зменшують швидкість поширення тріщин, що зароджуються в матриці, і практично повністю зникає раптове крихке руйнування. Відмінною особливістю волокнистих одноосьових композиційних матеріалів є анізотропія механічних властивостей уздовж і поперек волокон і мала чутливість кконцентраторам напруги.

Анізотропія властивостей волокнистих композиційних матеріалів враховується при конструюванні деталей для оптимізації властивостей шляхом узгодження поля опору з полями напруги.

Армування алюмінієвих, магнієвих і титанових сплавів безперервними тугоплавкими волокнами бору, карбіду кремнію, добориду титану і оксиду алюмінію значно підвищує жароміцність. Особливістю композиційних матеріалів є мала швидкість разупрочнения в часі з підвищенням температури.

Основним недоліком композиційних матеріалів з одно і двовимірним армуванням є низький опір міжшарового зсуву і поперечного обриву. Цього позбавлені матеріали з об’ємним армуванням.

3.2. Дисперсно-зміцнені композиційні матеріали.

На відміну від волокнистих композиційних матеріалів в дисперсно-зміцнених композиційних матеріалах матриця є основним елементом,що несе навантаження, а дисперсні частинки гальмують рух в ній дислокацій.
Висока міцність досягається при розмірі частинок 10-500 нм при середній відстані між ними 100-500нм і рівномірному розподілі їх в матриці.
Міцність і жароміцність в залежності від об’ємного вмісту зміцнюючих фаз не підкоряються закону адитивності. Оптимальний вміст другої фази для різних металів неоднаково, але зазвичай не перевищує 5-10 об. %.

Використання в якості зміцнюючих фаз стабільних тугоплавких сполук (оксиди торію, гафнію, ітрію, складні сполуки оксидів іредкоземельних металів), що нерозчиняються в матричному металі, позволяетсохраніть високу міцність матеріалу до 0,9-0,95 т . У зв’язку з етімтакіе матеріали частіше застосовують як жароміцні. Дисперсно-зміцнені матеріали можуть бути отримані на основі більшості застосовуваних в техніці металів і сплавів.

Найбільш широко використовують сплави на основі алюмінію – сап(спечений алюмінієвий порошок).

Щільність цих матеріалів дорівнює щільності алюмінію, вони не поступаються йому покоррозіонной стійкості і навіть можуть замінювати титан і корозійно-стійкі при роботі в інтервалі температур 250-500 °с.по тривалій міцності вони перевершують деформуються алюмінієві сплави. Тривала міцність для сплавів сап-1 і сап-2 при 500 °с становить 45-55 мпа.

Великі перспективи у нікелевих дисперсно-зміцнених матеріалів.
Найбільш високу жароміцність мають сплави на основі нікелю з 2-3 об. % двооксиду торію або двооксиду гафнію. Матриця цих сплавів зазвичай твердийрозчин ni + 20% cr, ni + 15% mo, ni + 20% cr і mo. Широке прімененіеполучілі сплави вду — 1 (нікель, зміцнений двоокисом торію), вду-2 (нікель,зміцнений двоокисом гафнію) і вд-3 (матриця ni +20% cr, зміцнена окисом торію). Ці сплави мають високу жароміцність. Дисперсно-зміцнені композиційні матеріали, так само як волокнисті, стійкі до разупрочнению з підвищенням температури і длітельностівыдержки при даній температурі.

3.3. Стекловолокниты.

Скловолокніти-це композиція, що складається з синтетичної смоли, що є сполучною, і скловолокнистого наповнювача. В качестваповнювача застосовують безперервне або коротке скловолокно. Міцність скловолокна різко зростає зі зменшенням його діаметра (внаслідок впливу неоднорідностей і тріщин, що виникають в товстих перетинах). Властивості скловолокна залежать також від вмісту в його складі лугу; кращі показники у безщелочних стекол алюмоборосілікатногоскладу.

Неорієнтовані скловолокніти містять в якості наповнювача коротке волокно. Це дозволяє пресувати деталі складної форми, сметаллической арматурою. Матеріал виходить з ізотопними характеристиками міцності, набагато більш високими, ніж у прес-порошків і дажеволокнітов. Представниками такого матеріалу є скловолокніти аг-4в, а також дсв (дозуються скловолокніти), які застосовують дляізготовленія силових електротехнічних деталей, деталей машинобудування (золотники, ущільнення насосів і т.д.). При використанні в качествесвязующего поліефірів отримують премікси пск (пастоподібні) і препреги ап і ппм (на основі скляного мату). Препреги можна застосовувати для великогабаритних виробів простих форм (кузова автомашин, човни, корпуси і т.п.).

Орієнтовані скловолокніти мають наповнювач у вигляді довгих волокон, розташованих орієнтовано окремими пасмами і ретельносклеівающіхся сполучною. Це забезпечує більш високу міцність склопластику.

Скловолокніти можуть працювати при температурах від -60 до 200 °с, атакже в тропічних умовах, витримувати великі інерційні перевантаження.
При старінні протягом двох років коефіцієнт старіння к = 0,5-0,7.
Іонізуючі випромінювання мало впливають на їх механічні та електричні властивості. З них виготовляють деталі високої міцності, з арматурою і різьбленням.

3.4. Карбоволокниты.

Карбоволокніти (вуглепласти) являють собою композиції,що складаються з полімерного сполучного (матриці) і зміцнювачів у відеуглеродних волокон (карбоволокон).

Висока енергія зв’язку с-с вуглецевих волокон дозволяє їм зберегти міцність при дуже високих температурах (в нейтральній і відновлювальній середовищах до 2200 °с), а також при низьких температурах. Від окислення поверхні волокна оберігають захисними покриттями (піролітичними). На відміну від скляних волокон карбоволокна погано змочуються сполучною
(низька поверхнева енергія), тому їх піддають травленню. При цьому збільшується ступінь активування вуглецевих волокон за вмістом карбоксильної групи на їх поверхні. Міжшарова міцність при зсуві вуглепластиків збільшується в 1,6-2,5 рази. Застосовується віскерізаціянітевідних кристалів tio, aln і sin, що дає увеліченіемежслойной жорсткості в 2 рази і міцності в 2,8 рази. Застосовуються просторово армовані структури.

Сполучними служать синтетичні полімери (полімерні карбоволокніти); синтетичні полімери, піддані піролізу (коксовані карбоволокніти); піролітичний вуглець (піровуглецеві карбоволокніти).

Эпоксифенольные карбоволокниты кму-1л, зміцнені углероднойлентой, і кму-1у на джгуті, висскеризованном ниткоподібними кристалами, можуть довгостроково працювати при температурі до 200 °с.

Карбоволокниты кму-3 і кму-2л отримують наэпоксианилиноформальдегидном сполучному, їх можна експлуатувати прітемпературе до 100 °с, вони найбільш технологічні. Карбоволокніти кму-2 і
Кму-2л на основі поліімідного сполучного можна застосовувати при температурі до
300 °с.

Карбоволокніти відрізняються високим статистичним і динамічним опором втоми, зберігають цю властивість при нормальній і оченьнизкой температурі (висока теплопровідність волокна предотвращаетсаморазогрев матеріалу за рахунок внутрішнього тертя). Вони водо — і хіміческістойкіе. Після впливу на повітрі рентгенівського випромінювання і епочті не змінюються.

Теплопровідність вуглепластиків в 1,5-2 рази вище, чемтеплопроводность склопластиків. Вони мають такі електричні властивості: = 0,0024-0,0034 ом·см (уздовж волокон); ? = 10 і tg =0,001 (при частотіСтруму 10 гц).

Карбостекловолокніти містять поряд з вугільними стеклянниеволокна, що здешевлює матеріал.

3.5. Карбоволокніти з вуглецевою матрицею.

Коксовані матеріали отримують зі звичайних полімернихкарбоволокнітов, підданих піролізу в інертній або восстановітельнойатмосфері. При температурі 800-1500 °с утворюються карбонізовані, при 2500-3000 °с графітовані карбоволокніти. Для отримання піровуглецевих матеріалів упрочнитель викладається за формою вироби і поміщається в піч,в яку пропускається газоподібний вуглеводень (метан). При определенномрежіме (температурі 1100 °с і залишковому тиску 2660 па) метанразлагается і утворюється піролітичний вуглець осідає на волокнахупрочнителя, пов’язуючи їх.

Утворюється при піролізі сполучного кокс має високу прочностьсцепления з вуглецевим волокном. У зв’язку з цим композиційний матеріал володіє високими механічними і абляційними властивостями, стійкістю ктермическому удару.

Карбоволокніт з вуглецевою матрицею типу куп-вм за значеніямміцності і ударної в’язкості в 5-10 разів перевершує спеціальні графіти; при нагріванні в інертній атмосфері і вакуумі він зберігає міцність до 2200
°с, на повітрі окислюється при 450 °с і вимагає захисного покриття.
Коефіцієнт тертя одного карбоволокніта з вуглецевою матрицею по другомувисок (0,35-0,45), а знос малий (0,7-1 мкм на тормажение).

3.6. Бороволокниты.

Бороволокніти являють собою композиції з полімерногосвязующего і упрочнителя – борних волокон.

Бороволокніти відрізняються високою міцністю при стисненні, зсуві ісрезе, низькою повзучістю, високими твердістю і модулем пружності,теплопровідністю і електропровідністю. Комірчаста мікроструктура борнихволокон забезпечує високу міцність при зсуві на межі розділу сматрицею.

Крім безперервного борного волокна застосовують комплексниеборостеклоніти, в яких кілька паралельних борних волокон обплітаютьсяклонітью, що зраджує формостійкість. Застосування боростеклонітейоблегчает технологічний процес виготовлення матеріалу.

В якості матриць для отримання боровлокнітов іспользуютмодіфіцірованние епоксидні і поліімідні сполучні. Бороволокніти кмб-1 і
Кмб-1к призначені для тривалої роботи при температурі 200 °с; кмб-3 і кмб-3к не вимагають високого тиску при переробці і можуть працювати прітемпературе не більше 100 °с; кмб-2к працездатний при 300 °с.

Бороволокниты володіють високими опорами втоми, онистойки до впливу радіації, води, органічних розчинників і паливно-мастильних матеріалів.

3.7. Органоволокниты.

Органоволокніти являють собою композиційні матеріали, що складаються з полімерного сполучного і зміцнювачів (наповнювачів) у відесинтетичних волокон. Такі матеріали мають малу масу, порівняльновисокими питомою міцністю і жорсткістю, стабільні при действіізнакопеременних навантажень і різкій зміні температури. Для сінтетіческіхволокон втрати міцності при текстильній переробці невеликі; онімалочувствітельни до пошкоджень.

До органоволокнітах значення модуля пружності і температурнихкоеффіціентов лінійного розширення упрочнителя і сполучного близькі.
Відбувається дифузія компонентів сполучного в волокно і хіміческоевзаімодействіе між ними. Структура матеріалу бездефектна. Пористість становить 1-3 % (в інших матеріалах 10-20 %). Звідси стабільність механічних властивостей органів при різкому перепаді температур, дії ударних і циклічних навантажень. Ударна в’язкість висока (400-700кдж/мі). Недоліком цих матеріалів є порівняно низька прочностьпрі стисненні і висока повзучість (особливо для еластичних волокон).

Органоволокніти стійкі в агресивних середовищах і у вологомтропічному кліматі; діелектричні властивості високі, а теплопровідність низька. Більшість органоволокнитов може довго працювати прітемпературе 100-150 °с, а на основі полиимидного сполучного иполиоксадиазольных волокон – при температурі 200-300 °с.

В комбінованих матеріалах поряд з синтетичними волокнамиприменяют мінеральні (скляні, карбоволокна і бороволокна). Такі матеріали володіють більшою міцністю і жорсткістю.

4. Економічна ефективність застосування композиційних матеріалів.

Області застосування композиційних матеріалів не обмежені. Ониприменяются в авіації для високонавантажених деталей літаків (обшивки,лонжеронів, нервюр, панелей і т. Д.) і двигунів (лопаток компресора итурбины і т. Д.), в космічній техніці для вузлів силових конструкцийаппаратов, що піддаються нагріванню, для елементів жорсткості, панелей, в автомобілебудуванні для полегшення кузовів, ресор, рам, панелей кузовів,бамперів тощо, в гірській промисловості (буровий інструмент, деталикомбайнов і т. Д.), в цивільному будівництві (прольоти мостів, элементысборных конструкцій висотних споруд тощо) та в інших областяхнародного господарства.

Застосування композиційних матеріалів забезпечує новий якісний стрибок у збільшенні потужності двигунів, енергетичних ітранспортних установок, зменшенні маси машин і приладів.

Технологія отримання напівфабрикатів і виробів з композиційних матеріалів досить добре відпрацьована.

Композитні матеріали з неметалічною матрицею, а саме полімерні карбоволокніти використовують в судно — і автомобілебудуванні (кузовагоночних машин, шасі,гребні гвинти); з них виготовляють підшипники, панелі опалення, спортивний інвентар, частини еом. Високомодульниекарбоволокніти застосовують для виготовлення деталей авіаційної техніки,апаратури для хімічної промисловості, в рентгенівському обладнанні та ін.

Карбоволокніти з вуглецевою матрицею замінюють різні типиграфітів. Вони застосовуються для теплового захисту, дисків авіаційних гальм,хімічно стійкої апаратури.

Вироби з бороволокнітів застосовують в авіаційній і космічній техніці (профілі, панелі, ротори і лопатки компресорів, лопаті гвинтів ітрансмісійні вали вертольотів і т.д.).

Органоволокніти застосовують в якості ізоляційного іконструкційного матеріалу в електрорадіопромисловості, авіаційнойтехніці, автобудуванні; з них виготовляють труби, ємності для реактивів,покриття корпусів суден та інше.

Оголошення про покупку і продаж обладнання можна подивитися на

Обговорити переваги марок полімерів і їх властивості можна на

Зареєструвати свою компанію в каталозі підприємств

Матеріали на основі декількох компонентів, що обумовлює їх експлуатаційні та технологічні характеристики. В основі композитів лежить матриця на основі металу, полімеру або кераміки. Додаткове армування виконується наповнювачами у вигляді волокон, ниткоподібних кристалів і різних частинок.

За композитами — майбутнє?

Пластичність, міцність, широка сфера застосування — ось чим відрізняються сучасні композитні матеріали. Що це таке з точки зору виробництва? ці матеріали складаються з металевої або неметалевої основи. Для посилення матеріалу використовуються пластівці більшої міцності. Серед можна виділити пластик, який армується борними, вуглецевими, скляними волокнами, або алюміній, армований сталевими або берилієвими нитками. Якщо комбінувати вміст компонентів, можна отримувати композити різної міцності, пружності, стійкості до абразивів.

Основні типи

Класифікація композитів заснована на їх матриці, яка може бути металевою і неметалевою. Матеріали з металевою матрицею на основі алюмінію, магнію, нікелю і їх сплавів знаходять додаткову міцність за рахунок волокнистих матеріалів або тугоплавких частинок, які не розчиняються в основному металі.

Композити з неметалевою матрицею в основі мають полімери, вуглець або кераміку. Серед полімерних матриць найбільш популярні епоксидна, поліамідна і фенолформальдегідна. Форма композиції надається за рахунок матриці, яка виступає своєрідним сполучною речовиною. Для зміцнення матеріалів використовуються волокна, джгути, нитки, багатошарові тканини.

Виготовлення композитних матеріалів ведеться на основі наступних технологічних методів:

  • просочення армуючих волокон матричним матеріалом;
  • формування в прес-формі стрічок упрочнителя і матриці;
  • холодне пресування компонентів з подальшим спікання;
  • електрохімічне нанесення покриття на волокна і подальше пресування;
  • осадження матриці плазмовим напиленням і подальше обтиснення.

Який упрочнитель?

У багатьох сферахПромисловості знайшли застосування композитні матеріали. Що це таке, ми вже сказали. На основі декількох компонентів, які обов’язково зміцнюються спеціальними волокнами або кристалами. Від міцності і пружності волокон залежить і міцність самих композитів. Залежно від виду упрочнителя все композити можна поділити:

  • на скловолокніти;
  • карбоволокніти з вуглецевими волокнами;
  • бороволокніти;
  • органоволокніти.

Зміцнюючі матеріали можуть укладатися в дві, три, чотири і більше нитки, чим їх більше, тим міцніше і надійніше в експлуатації будуть композиційні матеріали.

Деревні композити

Окремо варто згадати деревний композит. Він виходить за допомогою поєднання сировини різного типу, при цьому в якості основного компонента виступає деревина. Кожен деревно-полімерний композит складається з трьох елементів:

  • частинок подрібненої деревини;
  • термопластичного полімеру (пвх, поліетилену, поліпропілену);
  • комплексу хімічних добавок у вигляді модифікаторів-їх у складі матеріалу до 5 %.

Що таке композитний. Види і застосування композитних матеріалів

Найпопулярніший вид деревних композитів — це композитна дошка. Її унікальність в тому, що вона об’єднує в собі властивості і деревини, і полімерів, що істотно розширює сферу її застосування. Так, дошка відрізняється щільністю (на її показник впливає базова смола і щільність деревинних частинок), хорошим опором на вигин. При цьому матеріал екологічний, зберігає текстуру, колір і аромат натурального дерева. Використання композитних дощок абсолютно безпечно. За рахунок полімерних добавок композитна дошка знаходить високий рівень зносостійкості і вологостійкості. Її можна використовувати для обробки терас, садових доріжок, навіть якщо на них припадає велике навантаження.

Особливості виробництва

Деревні композити мають особливу структуру за рахунок поєднання в них полімерної основи з деревиною. Серед матеріалів подібного типу можна відзначити деревно-стружкові, різної щільності, плити з орієнтованої тріски і деревно-полімерний композит. Виробництво композитних матеріалів даного типу ведеться в кілька етапів:

  1. подрібнюється деревина. Для цього використовуються дробарки. Після дроблення деревину просівають і ділять на фракції. Якщо вологість сировини-вище 15 %, його обов’язково висушують.
  2. дозуються і змішуються основні компоненти в певних пропорціях.
  3. готовий виріб пресується і форматується для набуття товарного вигляду.

Основні характеристики

Ми описали найпопулярніші полімерні композитні матеріали. Що це таке, тепер зрозуміло. Завдяки шаруватій структурі є можливість армування кожного шару паралельними безперервними волокнами. Варто окремо сказати про характеристики сучасних композитів, які відрізняються:

  • високим значенням тимчасового опору і межі витривалості;
  • високим рівнем пружності;
  • міцністю, яка досягається армуванням шарів;
  • за рахунок жорстких армуючих волокон композити мають високу стійкість до напруг на розрив.

Композити на основі металів відрізняються високою міцністю і жароміцністю, при цьому вони практично нееластичні. За рахунок структури волокон зменшується швидкість поширення тріщин, які іноді з’являються в матриці.

Полімерні матеріали

Полімерні композити представлені в різноманітті варіантів, що відкриває великі можливості по їх використанню в різних сферах, починаючи від стоматології і закінчуючи виробництвом авіаційної техніки. Наповнення композитів на основі полімерів виконується різними речовинами.

Що таке композитний. Види і застосування композитних матеріалів

Найбільш перспективними сферами використання можна вважати будівництво, нафтогазову промисловість, виробництво автомобільного та залізничного транспорту. Саме на частку цих виробництв припадає близько 60 % обсягу використання полімерних композиційних матеріалів.

Завдяки високій стійкості полімерних композитів до корозії, рівній і щільній поверхні виробів, які виходять методом формування, підвищується надійність і довговічність експлуатації кінцевого продукту.

Розглянемо популярні види

Склопластики

Для армування цих композиційних матеріалів використовуються скляні волокна, сформовані з розплавленого неорганічного скла. Матриця грунтується на термоактивних синтетичних смолах і термопластичних полімерах, які відрізняють висока міцність, низька теплопровідність, високі електроізоляційні властивості. Спочатку вони використовувалися при виробництві антенних обтічників у вигляді куполоподібних конструкцій. У сучасному світі склопластики широко застосовуються в будівельній сфері, суднобудуванні, виробництві побутового інвентарю та спортивних предметів, радіоелектроніці.

У більшості випадків склопластики виробляються на основі напилення. Особливо ефективний цей метод при дрібно — і середньосерійному виробництві, наприклад корпусів катерів, човнів, кабін для автомобільного транспорту, залізничних вагонів. Технологія напилення зручна економічністю, так як не потрібно розкроюватися стекломатериал.

Вуглепластики

Що таке композитний. Види і застосування композитних матеріалів

Властивості композитних матеріалів на основі полімерів дають можливість використовувати їх в самих різних сферах. У них в якості наповнювача використовуються вуглецеві волокна, одержувані з синтетичних і природних волокон на основі целюлози, пеків. Волокно обробляється термічно в кілька етапів. У порівнянні зі склопластиками вуглепластики відрізняються більш низькою щільністю і більш високим при легкості і міцності матеріалу. Завдяки унікальним експлуатаційним властивостям вуглепластики знаходять застосування в машино — і ракетобудуванні, виробництві космічної та медичної техніки, велосипедів і спортивного приладдя.

Боропластики

Це багатокомпонентні матеріали, в основі яких лежать борні волокна, введені в термореактивну полімерну матрицю. Самі волокна представлені мононитками, джгутами, які обплітаються допоміжної скляною ниткою. Велика твердість ниток забезпечує міцність і стійкість матеріалу до агресивних факторів, але при цьому боропластики відрізняються крихкістю, що ускладнює обробку. Борні волокна коштують дорого, тому сфера застосування боропластиков обмежена в основному авіаційної та космічної промисловістю.

Органопластики

Що таке композитний. Види і застосування композитних матеріалів

У цих композитах в якості наповнювачів виступають в основному синтетичні волокна-джгути, нитки, тканини, папір. Серед особливих властивостей цих полімерів можна відзначити низьку щільність, легкість в порівнянні зі скло — і вуглепластиками, високу міцність при розтягуванні і високий опір ударам і динамічним навантаженням. Цей композиційний матеріал широко використовується в таких сферах, як машино -, судно -, автобудування, при виробництві космічної техніки, хімічному машинобудуванні.

У чому ефективність?

Композитні матеріали за рахунок унікального складу можуть використовуватися в самих різних сферах:

  • в авіації при виробництві деталей літаків і двигунів;
  • космічній техніці для виробництва силових конструкцій апаратів, які піддаються нагріванню;
  • автомобілебудуванні для створення полегшених кузовів, рам, панелей, бамперів;
  • гірничої промисловості при виробництві бурового інструменту;
  • цивільному будівництві для створення прольотів мостів, елементів збірних конструкцій на висотних спорудах.

Використання композитів дозволяє збільшити потужність двигунів, енергетичних установок, зменшуючи при цьому масу машин і обладнання.

Які перспективи?

На думку представників сфери промисловості росії, композиційний матеріал відноситься до матеріалів нового покоління. Планується, що до 2020 року зростуть обсяги внутрішнього виробництва продукції композитної галузі. Вже зараз на території країни реалізуються пілотні проекти, спрямовані на розробку композитних матеріалів нового покоління.

Що таке композитний. Види і застосування композитних матеріалів

Застосування композитів доцільно в самих різних сферах, але найбільш ефективно воно в галузях, пов’язаних з високими технологіями. Наприклад, сьогодні жоден літальний апарат не створюється без використання композитів, а в деяких з них використовується близько 60% полімерних композитів.

Завдяки можливості поєднання різних армуючих елементів і матриць можна отримати композицію з певним набором характеристик. А це, в свою чергу, дає можливість застосовувати ці матеріали в самих різних сферах.

Композиційні матеріали-цеПротезів;

  • покриттів для кухонних столів і основи для електронних плат;
  • деталей і корпусів побутових приладів;
  • віконних рам і багато чого іншого.
  • Це цікаво: композити з екстремальними властивостямиЩо таке композитний. Види і застосування композитних матеріалівзатребувані в літако -, авто -, судно — і ракетобудуванні. Вони потрібні при виробництві деталей для космічних апаратів, атомних станцій, спортивного інвентарю (наприклад, легких і міцних велосипедів). Застосовуються для виготовлення елементів приладів і обладнання, що експлуатуються в агресивних середовищах і при високих температурах.