ХАРАКТЕРИСТИКА КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Композиционные материалы - это гете - рофазные системы, состоящие из двух или более компонентов, в которых сохраняются индивидуальные свойства каждого компонента. Композиционные материалы по совокупности различных свойств выгодно отличаются от других конструкционных материалов: во - первых, состав и форма компонентов определяются заранее; во-вторых, вид и количественный состав компонентов подбирается в зависимости от заданных свойств формируемого материала; в-третьих, сформированный материал является однородным в макромасштабе и неоднородным на микроуровне; компоненты различаются по свойствам и между ними существует граница раздела - межфазный слой. Как правило, компоненты композиций различают по геометрическому признаку.
Матрица - компонент, обладающий непрерывностью по всему объему. Арматура - Прерывный компонент, разделенный в объеме композиции (усиливающий, армирующий компонент, наполнитель). В качестве матрицы могут быть использованы органические и неорганические полимеры, керамика и другие вещества, усиливающим наполнителем - дисперсные частицы или волокна материалов различной природы [17].
Дисперсионно-упрочненные композиты представляют собой систему, в матрице которой равномерно распределены мелкодисперсные частицы в количестве, не превышающем 2...4% по объема. У волокнистых композитов пластичная матрица армируется высокопрочными волокнами, объемная доля которых может достигать 75 %. Отличительной особенностью волокнистых композитов, нашедших наибольшее распространение, является анизотропия свойств, обусловленная преимущественным расположением волокон в том или ином направлении. Механические свойства волокнистых композиционных материалов определяются тремя основными параметрами: прочностью армирующего наполнителя, жесткостью матрицы и прочностью связи на границе матрица - наполнитель [16, 17, 20, 27].
При создании волокнистых композитов используют высокопрочные стеклянные, углеродные, борные и органические волокна, металлические проволоки или волокна и нитевидные кристаллы ряда карбидов, оксидов, боридов, нитридов и других соединений. Волокнистая арматура может быть представлена в виде моноволокон, нитей, проволок, жгутов, сеток, тканей, лент, холстов. Важными требованиями для волокнистой арматуры являются их технологичность и совместимость с матрицей.
Матрица должна обеспечивать монолитность композита, фиксацию формы изделия и взаимного расположения волокон, равномерное распределение напряжений по объему материала, а также высокую химическую стойкость композита. Она и определяет метод изготовления изделий.
Границы раздела, в перву ю очередь адгезионное взаимодействие волокна с матрицей, определяют уровень свойств композитов и их постоянство в условиях эксплуатации.
Для композиционных волокнистых материалов существует несколько классификаций, в основу которых положены различные признаки, например, материаловедческий (по природе компонентов); конструктивный (по типу арматуры и ее ориентации в матрице). В рамках рассматриваемых классификаций можно выделить несколько больших групп композиционных материалов. Ниже рассматриваются композиты с полимерной матрицей (пластики) и оборудование для их производства.
В качестве полимерной матрицы используются отвержденные эпоксидные, полиэфирные, фенолоформальдегидные, фурановые, кремнийорганические, некоторые другие тер
мореактивные смолы, а также некоторые термопласты.
В зависимости от природы армирующих волокон различают следующие композиты на полимерной матрице: стеклопластики, углепластики, боропластики, органопластики и т. д.
На рис. 7.7.1 и рис. 7.7.2 представлены характерные профили армирующих волокон и структура стеклотканей.
Свойства композитов зависят не только от свойств волокон и матрицы, но и от способов армирования. По этому признаку различают композиты: образованные из слоев, армированных параллельными непрерывными волокнами (свойства их в основном определяются свойствами однонаправленного слоя); армированные тканями (текстолиты); с хаотическим и пространственным армированием.
В результате совмещения армирующих элементов и матрицы образуется комплекс свойств композита, не только отражающих исходные характеристики его компонентов, но и включающий свойства, которыми изолированные компоненты не обладают.
