Определение композитов. Классификация
КОМПОЗИТЫ КАК КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Определение композитов. Классификация
Из множества вариантов определений композиционных материалов, данных в литературе, приведем наиболее лаконичное. Композиты – это материалы, состоящие из химически или физически разнородных компонентов, образующих монолит с четко выраженной границей раздела компонентов. Компоненты делятся на две группы (фазы): – наполнитель (или арматура) в виде дискретных частиц или волокон - образует дискретную фазу; – связующее (матрица) - в виде любого материала, заполняющего пространство между арматурой и образующего сплошную среду (рис.1.1).
Рис.1.1. Компоненты композиционных материалов: 1 – наполнитель; 2 – связующее; а – дискретные частицы; б – волокна, нити, жгуты; в – ткань; г – листовой материал Арматуравоспринимает основные напряжения, возникающие в композите под воздействием внешних нагрузок, и определяет основные механические характеристики. Матрица обеспечивает совместную работу дискретных элементов арматуры, объединяя их в монолит, за счет собственной жесткости и адгезии на границе раздела матрица–арматура. Эта фаза в меньшей степени определяет механические свойства, но оказывает решающее влияние на технологические характеристики, например возможность формообразования и технологические режимы. Следует отметить, что понятие "наполнитель" является общим и объединяет не только дискретные элементы с высокой прочностью и жесткостью. Под это понятие подходят также включения газов в виде малоразмерных пузырьков в объеме матричного материала. Такое условное армирование обеспечивает не прочность, а другие функциональные характеристики, например, высокие звуко- и теплоизоляционные способности. Композиты следует отличать от смесей и растворов. В первом случае материал не является монолитным, во втором – отсутствует граница раздела между компонентами. Композиционные материалы классифицируются по двум признакам – материаловедческому и конструкционному. Классификация по материаловедческому признаку учитывает природу матрицы и наполнителя (табл.1.1).
Таблица 1.1
В технической литературе композиты разделяются на классы. Каждый класс получил название по типу матрицы: КМ с полимерной матрицей называют полимерными (ПКМ), с металлической матрицей – металлическими (МКМ), с керамической – керамическими композиционными материалами (ККМ). Первый класс композиционных материалов - ПКМ наиболее распространен в технике. Основой матрицы у них служат различные полимерные смолы. Под индексом ПР в табл.1.1 обозначены композиты, состоящие из полимерной матрицы и арматуры минерального происхождения. В основном это волокна: углеродные (графитовые), стеклянные, базальтовые, асбестовые. К группе под индексом ПО относятся полимерные КМ с наполнителем органической природы. Арматура представлена в виде ароматических полиамидов (арамидов). Кроме того, в материалах, которые не используются при производстве ЛА как конструкционные, применяют бумагу, органические чешуйки, древесную стружку (древесностружечные нити – ДСП), хлопчатобумажную нить (древесноволокнистые плиты – ДВП) и т.п. Сочетание полимерной матрицы с металлической арматурой обозначено – ПМ. В качестве наполнителя чаще всего применяются волокна бора и реже – других металлов, например алюминия. По применению композитов с керамическим наполнителем в полимерной матрице (группа ПК) при производстве ЛА сведений не имеется. Название КМ с полимерной матрицей формируется из названия типа арматуры с добавлением слова "пластик". Например: стеклопластик, боропластик, углепластик, органопластик и т.п. Второй класс композитов имеет металлическую матрицу: из легких металлов – алюминий, магний и тяжелых – стальные и никелевые сплавы. Номенклатура и объем использования металлокомпозитов существенно меньше, чем полимерных. На сегодняшний день в качестве арматуры находят применение: в группе МР (с минеральной арматурой) – угольные волокна в сочетании с алюминиевой матрицей, с органическим наполнителем (группа МО) материалы не встречаются. Группа ММ (матрица и арматура из металлов) представлена в промышленности, в основном, бороалюминием, то есть сочетанием алюминиевой матрицы с борным волокном. Группа МК (с керамическим наполнителем) мало известна. В третьем классе в качестве матрицы используются различные типы керамики. О материалах, входящих в группы КР, КО, КК сведения весьма ограничены. В основном, они находятся в стадии разработки и исследования свойств. В группе КМ в качестве армирующего наполнителя используются различные металлические порошки. Такие материалы получили название керметов. В четвертой строке таблицы располагаются композиты с матрицей, не относящейся к полимерам, металлам и керамике. Наиболее известной композицией здесь является углерод-углеродная (УУКМ). Арматура в ней представлена углеродными стержнями или нитями. Матрица также углеродная, но со значительно меньшей прочностью. Классификация по конструктивному признаку представлена на рис.1.2. К первой группе относятся композиты с арматурой в виде дискретных частиц. Здесь можно выделить две подгруппы: КМ, армированные твердыми частицами и газонаполненные. В качестве твердых частиц используются порошки, чешуйки, рубленые волокна, микросфера. Композиты с полимерной матрицей и дискретным наполнителем получили название "наполненные пластмассы". Эффективным дисперсным наполнителем является микросфера, представляющая собой шарики малого диаметра (d = 0,05-0,2 мм) пустотелые внутри и выполненные, чаще всего, из стекла. Ко второй подгруппе относятся материалы, наполнителем в которых являются мелкие пузырьки газа. В зависимости от типа матрицы они получили соответствующее название: пенопласты (полимерная матрица), пенометаллы, пенокерамика, пенорезина и т.п. Если пузырьки газа соединяются между собой, то в названии материалов словосочетание "пено" заменяют на "поро", например, "поропласты". Вторая группа КМ характеризуется тем, что арматура имеет волокнистую структуру. Этот тип КМ можно разделить на четыре подгруппы: однонаправленные композиты, тканые слоистые, волокнистые объемного плетения, нетканые. Однонаправленная арматура может быть: в виде первичной нити (полученной сразу после изготовления); филаментной (крученой) нити; ровинга, состоящего из прядей комплексных нитей; ленты-нитей, соединенных между собой в поперечном направлении через определенное расстояние и образующих вытянутую плоскую поверхность; жгута – полученного переплетением нитей с образованием сечения, близкого к окружности. Вторая подгруппа включает КМ, состоящие из слоев ткани, объединенных матрицей. Армирующий наполнитель отличается типом переплетения и толщиной нитей. Третья подгруппа характеризуется арматурой, представляющей собой объемное переплетение нитей или стержней. Пространственное переплетение может быть организовано различным количеством нитей – от 3 до 11. Архитектурные решения по созданию пространственных армирующих конфигураций приведены в книгах [20, 41]. Четвертая подгруппа содержит материалы с наполнителем нетканого типа. Нетканые материалы (Fliss-stoffe - "ворсовая ткань") представляют собой хаотически армированные структуры, в которых штапельные волокна соединены одним из трех способов – склеивание, спутывание с образованием фрикционного взаимодействия, прошивка полотна текстильной нитью.
АЛОРы и СИАЛы – сочетание попеременно соединенных между собой слоев тонколистового металла со слоями ткани (органо- или стекло-), пропитанной связующим. Название АЛОР произошло от первых букв слов – алюминий, органопластик. Англоязычное название этого материала – ARALL – Aramid Reinborud Aluminium Laminate. Первые образцы состояли из высокопрочного алюминиевого сплава толщиной d = 0,1-0,3 мм, между которыми была расположена ткань из арамидных волокон Kevlar-49. СИАЛы состоят из тонких (0,25-0,6 мм) алюминиевых листов и промежуточных слоев стеклопластика толщиной 0,2-0,4 мм. В Западной Европе и США такие материалы идут под названием GLARE. Гетинаксы – в качестве наполнителя служат слои бумаги, связующего – полимерные смолы. Фанера – сочетание тонких листов древесины (шпона), уложенного в разных направлениях со слоями связующего. Вид арматуры и форма укладки в значительной степени определяют технологию изготовления изделий из КМ: – для дисперсно-наполненных композитов используют методы прессования в пресс-камерах и литьевых машинах; – изделия из волокнистых материалов получаются, чаще всего, нанесением их на формозадающие оправки; – листовые КМ перерабатываются методами, заимствованными из техпроцессов обработки металлических деталей – штамповка, обработка резанием и т.д.
Популярное: Личность ребенка как объект и субъект в образовательной технологии: В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение... Как выбрать специалиста по управлению гостиницей: Понятно, что управление гостиницей невозможно без специальных знаний. Соответственно, важна квалификация... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (3861)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |