Композиционные материалы и их строение

В карбоволокнитах (ρ = 1,4…1,55 т/м3) полимерная матрица армирована углеродными волокнами; в бороволокнитах – бором. Эти два типа КМ отличаются высоким модулем упругости, высокой прочностью и выносливостью. Бороволокниты отличаются высокой усталостной прочностью, специфическими химическими свойствами: стойкостью к проникновению воды, органических растворителей, радиации, горюче смазочных материалов. Бороволокниты применяют в авиационной и космической технике для изготовления роторов, лопаток компрессоров, лопастей винтов, трансмиссионных валов вертолётов.

Карбоволокниты отличаются высокой стойкостью к динамическим нагрузкам. Их применяют для тепловой защиты дисков авиационных тормозов, а также как химически стойкий материал для химической аппаратуры.

Применение в органоволокнитах в качестве наполнителя синтетических волокон (капрон, лавсан, винол, полиамид) имеет преимущество для снижения плотности КМ (до 1,15…1,5 т/м3); при этом также существенно снижают предел выносливости и модуль упругости (вдвое ниже, чем у чистого алюминия). Однако эти КМ отличаются стабильностью механических свойств при резком перепаде температур, действии ударных и циклических нагрузок; высокой химической стойкостью и диэлектрическими свойствами. Их применяют в качестве изоляционного и конструктивного материалов в электрорадиопромышленности, авиа- и автостроении (трубы, ёмкости для агрессивных сред, покрытия корпусов).

3.     Область применения композиционных материалов

Стеклопластики – одни из первых конструкционных материалов на полимерной основе. Они наиболее полно изучены, их давно применяют в судостроении, на транспорте, в строительстве, нефтехимической и других отраслях промышленности. Они являются самыми дешёвыми, поэтому их применение оправдано в серийном производстве. Кроме того, стеклопластики обладают высокой коррозионной стойкостью, способностью к восприятию ударных нагрузок, отличным качеством поверхности и красивым внешним видом.

Из них изготавливают воздуховоды, различные ёмкости, химически стойкие и прочные трубы, корпуса насосов, вентиляторов, детали различных машин и механизмов, строительные панели и др.

Органопластики обладают низкой плотностью, высокой прочностью, жёсткостью, влагостойкостью, химической стойкостью, диэлектрическими свойствами. Эти свойства определили их применение в качестве материалов электро- и радиотехнического, теплоизоляционного, коррозионностойкого, фрикционного назначения в изделиях различных отраслей промышленности.

Для углепластиков характерно сочетание ряда уникальных свойств: высокие значения жёсткости и прочности, относительно невысокая плотность, химическая инертность, тепло- и электропроводность и др. Важным фактором, определяющим перспективность производства углепластиков, являются доступность и налаженное производство исходного сырья.

Применение боропластиков эффективно в элементах конструкций, определяющими критериями, работоспособности которых являются высокие удельные значения жёсткости и прочности при действии сжимающих нагрузок. В настоящее время они используются в основном в авиационной и ракетно-космической технике из-за высокой стоимости волокон.

Металлические композиционные материалы (МКМ) применяют в таких областях современной техники, где они должны работать при низких, высоких и сверхвысоких температурах, в агрессивных средах, при статических, циклических, ударных, вибрационных и других нагрузках. Наиболее эффективно применение МКМ в таких конструкциях, в которых особые условия работы не допускают применения традиционных металлических материалов.

Керамические углерод-углеродные характеризуются высокими температурами плавления, высокой прочностью при сжатии, сохраняющейся при достаточно высоких температурах, и высокой стойкостью к окислению. Эти свойства и определяют их область применения: используют в технике при экстремальных условиях эксплуатации.

Заключение

Два перспективных пути открывают комбинированные материалы, усиленные либо волокнами, либо диспергированными твердыми частицами.

У первых в неорганическую металлическую или органическую полимерную матрицу введены тончайшие высокопрочные волокна из стекла, углерода, бора, бериллия, стали или нитевидные монокристаллы. В результате такого комбинирования максимальная прочность сочетается с высоким модулем упругости и небольшой плотностью. Именно такими материалами будущего являются композиционные материалы.

Композиционный материал конструкционный (металлический или неметаллический) материал, в котором имеются усиливающие его элементы в виде нитей, волокон или хлопьев более прочного материала. Примеры композиционных материалов: пластик, армированный борными, углеродными, стеклянными волокнами, жгутами или тканями на их основе; алюминий, армированный нитями стали, бериллия.

Комбинируя объемное содержание компонентов, можно получать композиционные материалы с требуемыми значениями прочности, жаропрочности, модуля упругости, абразивной стойкости, а также создавать композиции с необходимыми магнитными, диэлектрическими, радиопоглощающими и другими специальными свойствами.

Список использованной литературы

1. Андросов, С. П. Технические средства предприятий сервиса: учебное пособие / С.П. Андросов. – Омск: ОГИС, 2004. – 228 с.: ил.

2. Арзамасов Б.Н. Материаловедение.: учебное пособие для студ. немашиностроительных спец. вузов / Б.Н. Арзамасов и др. – М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, 2001г. – 218 с.

3. Васильев В. В. Механика конструкций из композиционных материалов. - М.: Машиностроение, 1988. - 272 с.

4. Детали машин и основы конструирования : учеб. для вузов / Г. И. Рощин, Е. А. Самойлов, Н. А. Алексеева и др. ; под ред. Г. И. Рощина и Е. А. Самойлова. – М.: Дрофа, 2006 – 415, с илл. – (Высшее образование).

5. Иванов, С, Г. Детали машин и основы проектирования : учебное пособие / С.Г. Иванов. – Омск: Омский государственный институт сервиса, 2006. – 150 с.: ил.

6. Материаловедение и технология металлов /Г.П.Фетисов, М.Г.Карпман, В.М. Матюнин и др./ Под. Ред. Г.П. Фетисова – М.: Высш. шк., 2000.

7. Орлов, П. И. Основы конструирования: Справочно-методическое пособие, в 2-х кн. Кн. 1; изд. 3-е, испр / П. И. Орлов; под ред. П. Н.  Учаева. – М.: Машиностроение, 1988. – 560 с.: ил.

8. Орлов, П. И. Основы конструирования: Справочно-методическое пособие, в 2-х кн. Кн. 2; изд. 3-е, испр / П. И. Орлов; под ред. П. Н. Учаева. – М.: Машиностроение, 1988. – 570 с.: ил.

9. Пейсахов А.М. Материаловедение и технология конструкционных материаловю: учебное пособие для студ. немашиностроительных спец. вузов / А.М. Пейсахов, А.М. Кучер – СПб.: Изд-во Михайлова В.А., 2005г. – 416 с.: ил.

10. Тарасенко Л.В. Специальные материалы: справочно-методическое пособие./Л.В. Тарасенко – М.: МГТУ им. Баумана, 2002.

11. Травин О. В. Материаловедение: учебник для вузов./ О. В. Травин, Н. Т. Травина – М.: Металлургия, 1989. – 364 с.: ил.

1