Волокнисті композиційні матеріали: властивості та застосування

Зміст

Волокнисті матеріали та їх властивості

Структура наповнювачів

Деякі поширені волокнисті матеріали: властивості і застосування

Суть даної технології в поєднанні абсолютно різнорідних матеріалів в єдине ціле, щоб отримати нові якості, окремо їм невластиві. Наприклад, у лабораторних умовах шматку кухонної солі, строго кажучи, хлористого натрію, вдалося надати, пластичність, додавши в неї золото. До речі, волокнисті композиційні матеріали – це не придбання нашого часу. До перших зразків подібних матеріалів можна сміливо віднести виконані для єгипетських мумій оболонки, для яких використовувалися просочених смолою шматки папірусу .

Зміст

Волокнисті матеріали та їх властивості ?

Для армування волокнистих композитів використовують волокна або ниткоподібні кристали. Навіть невелика їх вміст у матеріалі такого типу істотно покращує його механічні властивості. Можливість зміни при армуванні орієнтації волокон, їх розміру та концентрації дозволяє ще ширше варіювати властивості композитного матеріалу.

Для армування у більшості випадків використовують волокна вуглецю, бору, скляні, базальтові або полімерні. Винятковий інтерес, завдяки надзвичайно високому модулю пружності і міцності при розтягуванні, викликають також монокристалічні волокна у вигляді ниткоподібних кристалів.

Волокнисті композиційні матеріали, скажімо, цемент, гіпсоволокнисті плити та інші, в своєму складі зазвичай містять волокна скла, пластмаси, сталі або вуглецю. Що ж стосується натуральних волокон, скажімо, целюлози, то відсоток їх використання в даному сегменті ринку значно нижче, але і вони, в свою чергу, надають композиту принципово цікаві характеристики. Серед них можна виділити:

більш високу ступінь еластичності;
найкращу здатність влагорегулирования;
меншу щільність і вага.

Структура наповнювачів ?

Основні типи волокон, зокрема, скляні і вуглецеві, в основному, мають круглий перетин ? 8-20 мкм, хоча в перерізі може лежати також трикутник, ромб або інша фігура. Безперервні волокна з перетином, відмінним від кола, називають профільними. Вони можуть бути також і порожнистими, що сприяє зниженню щільності армованого композиту.

За структурою ж їх класифікують на чотири групи: безперервні односпрямовані, тканинні, неткані, об’ємного плетіння. Надаючи наповнювачам різну структуру і фіксуючи її, крім первинних кручених ниток, стрічок, можна отримувати різні види підсилюють наповнювачів: сітка, плівка, полотно та інші.

Розглянемо в якості прикладу такий популярний волокнистий наповнювач, який використовується для армування, як скловолокно.

Звичайне скловолокно (діаметр частинок – 10-15 мкм, довжина – 0.3-0.65 мм). Значно збільшує такі параметри виробу, як жорсткість, міцність до механічних навантажень, стійкість до повзучості, твердість і теплостійкість, втомна міцність. Підвищує щільність, стійкість і незмінність розмірів виробу.
Скловолокно довге (довжина –10-12 мм). Ко всім перерахованим вище характеристикам просто необхідно додати «дуже». Вироби, укріплені довгими скловолокнами виконують в умовах, що не порушують цілісності волокна.
Скловолокно(0.08 мм), мелкорубленное. Жорсткість і механічну міцність композиту збільшується помірно. Виріб – значно менш стійкий.
Скляні порожнисті сфери. Збільшують жорсткість, але зменшують міцність. Знижують вагу, викривлення і анізотропію усадки, тобто різниця усадки в різних напрямках вироби.

Деякі поширені волокнисті матеріали: властивості і застосування ?

Деревні композити. ДСП, арболиты, ДВП, деревні пресспорошки і прессмассы, фанери, клеєні конструкції, деревно-полімерні термопластичні композити та інші.

Велике поширення одержали плити ДВП. У процесі їх виробництва різана маса з деревини проходить через спеціально конструированные розмелюють диски, в результаті з’являються найтонші волокна (товщина – 0,1 мм). Після змішування з клеєм, їх пресують і гартують при високій температурі. Надалі поверхню плит зазвичай шліфують. Конструкція композиту має певні переваги:

структура плити по всій товщині рівномірно щільна;
міцно триматися кріпильні деталі: шурупи, цвяхи;
піддаються фрезеруванню не гірше, ніж масив дерева.

Бетони. Номенклатура сучасних бетонів дуже різноманітна і відрізняється за своїм потягам і властивостями. В їх основі лежить традиційна цементна, як і виконана з полімерів, епоксиду, поліефіру, акрилу та інше. По своїй міцності високоефективні бетони наближаються до металів. Останнім часом поширення набули й декоративні.

Вуглепластики. Вуглецеві волокна, наповнювачі цих полімерних композитів, отримують з природних і синтетичних волокон з целюлози, акрилонітрилу, сополімерів, кам’яновугільних пісків, нафти і т. д. Матрицями в углепластиках служать термореактивні або термопластичні полімери. Це легкий, але дуже міцний матеріал, що володіє низькою щільністю і високим модулем пружності. Вуглепластики знайшли застосування в машино- , авіа-, ракетобудування, виробництво медтехніки і інших областях.

Склопластики. Посилення волокнистого композиту проводять, використовуючи скляні волокна, які формують витяжкою що знаходиться в розплавленому стані неорганічного скла. Композити відрізняє висока міцність, низька теплопровідність, високі електроізоляційні характеристики, не перешкоджають проходженню радіохвиль. Склопластики використовують у суднобудуванні, радіоелектроніці, будівництві і т. д.

Боропластики. Боровими волокнами у вигляді монониток або джгутів і стрічок з присутністю скляній або інших ниток наповнюють термореактивні матриці. Композити виключно проявили себе в умовах тривалих навантажень в агресивному середовищі. Виробництво борних ниток обходиться досить дорого, тому сфера застосування боропластиков обмежується авіаційної та космічної промисловості.

Пресспорошки (прессмассы). На сьогоднішній день відомо вже більше 10000 типів композитних полімерів. Перший наповнений полімер, бакеліт, було отримано шляхом додавання під тиском прес-порошку, зокрема, деревної муки частково отвердний полімер. Таким чином крихка речовина невисокої міцності необоротно твердне у формі і набуває підвищену міцність. Найчастіше в якості наповнювача використовують деревне борошно, каолін, тальк, крейду, слюду, сажу, базальтове і скловолокно та інше.

Вперше виріб, вироблене за цією технологією, ручку перемикача швидкостей, було використано в автомобілі «Роллс-Ройс».

Сьогодні наповнені полімери знаходять застосування в різних областях.