Композитные материалы: понятие, классификация, матрица
Композитными называют материалы, состоящие из нескольких слоев: слоя-наполнителя и слоя-матрицы, основы. Сочетание в одном материале слоев с разными свойствами позволяет получить новый продукт с качествами, отличными от характеристик каждого слоя в отдельности.
В первой части рассказа о композитах мы познакомим вас с этим понятием, расскажем немного о классификации композитов и начнем рассказ о самом большом классе этих материалов: о полимерных композитах.
Все специалисты единодушно признают, что за композитами будущее. Впрочем, само это понятие известно давно. Всем знакомые композиты ДВП, ДСП, текстолиты, триплексные стекла применяются в промышленности и в быту уже достаточно давно.
В ассортименте химического магазина «ПраймКемикалсГрупп», естественно, есть товары, произведенные с использованием композитных материалов. Вот пара таких вещей:
| Вытяжной шкаф ВА-103, комплектация «Люкс» сделан из ЛДСП | Лиофильные первапорационные композитные мембраны Владипор |
Классификация композитов
Композитные материалы можно классифицировать по:
- структуре: слоистые, волокнистые, упрочненные частицами;
- матрице: производятся композиты с полимерной, керамической или металлической матрицей.
К волокнистым композитам можно отнести ДВП, МДФ, ЛДСП, кевлар. Свойства готового продукта можно варьировать, меняя количество волокон и их ориентацию. Самым ярким примером слоистого материала служат триплексные стекла, состоящие из слоев стекла и полимерной пленки.
Упрочненные частицами композиты делятся на три класса, в зависимости от размера частиц-наполнителей (от 1 мкм до 10 нм) и их количества (от 15 до 25% в объемном соотношении).
Полимерные композиты
Самый большой класс композитов. Матрицей полимерных композитов служат термопласты (сохраняющие свои свойства при многократном нагревании и охлаждении) и термореактивные смолы (принимающие при нагреве определенную структуру необратимым образом). Условно полимерные композиты можно разделить на несколько групп:
- Стеклопластики, содержащие до 80% волокон из силикатного стекла. Отличаются оптической и радио проницаемостью, низкой теплопроводностью, высокой прочностью, хорошими электроизолирующими свойствами, невысокой стоимостью.
- Углепластики с искусственными или природными углеродными волокнами на основе целлюлозы, производных нефти или угля. Углепластики легче и прочнее стеклопластиков, не прозрачны, не изменяют линейные размеры при изменениях температуры, хорошо проводят ток. Способны выдерживать высокие температуры даже в агрессивной среде.
- Боропластики с борными волокнами, нитями и жгутами. Очень твердые и износоустойчивые, не боятся агрессивных веществ. Дорогие. Не выдерживают эксплуатацию при высоких температурах.
В следующей статье продолжим рассказ о полимерных композитах, поговорим о керамических композитных материалах, композитах на основе металлов и о применении композитов.
Что такое алюминиевый композитный материал
Эти материалы представляют собой два слоя тонкого, предварительно окрашенного листового алюминия, между которыми заключен полимерный (полиэтилен, полипропилен, полиуретан, полистирол) или минеральный огнеупорный наполнитель. Соединение слоев между собой производится по такой технологии, которая обеспечивает готовому продукту высокую стойкость к расслаиванию.
Внешняя поверхность композитных материалов помимо слоя краски может иметь лаковое антикоррозионное покрытие, повышающее износостойкость. Материал производится в виде непрерывной ленты, что позволяет предлагать пользователям широкое разнообразие габаритных размеров.
Композитные панели обладают высокой жесткостью, ударопрочностью, устойчивостью к давлению и ветровым нагрузкам и одновременно с этим небольшим весом (композиты в 3 – 4 раза легче стальных листов и в 1,5 – 2 раза алюминиевого проката).
Эффект благородного металла на поверхности алюминиевого композита чаще всего достигается методом гальванотехники. Композиты условно подразделяются на материалы для уличного и интерьерного применения. К первым относятся панели с более толстыми слоями алюминия и с фторуглеродным покрытием. Материалы для интерьерных задач имеют алюминиевые слои меньшей толщины; на их поверхность наносится в основном полиэфирное покрытие, в уличных условиях ведущее себя менее стабильно по сравнению с фторуглеродным.
Помимо физико-механических свойств, химической инертности поверхности и эстетических достоинств, популярность композитных материалов, несомненно, обеспечивают легкость видоизменения формы листа и получение ломаных и криволинейных плоскостей, позволяющих изготавливать самые разнообразные изделия с минимальным количеством элементов крепления. Панели могут монтироваться вертикально, горизонтально или в наклонном положении без деформаций и провисания.
Композитные материалы могут эксплуатироваться в широком температурном диапазоне — от -50 ° до +80 °С.
Композиты трудновозгораемы и не выделяют токсичных газов при высоких температурах, что позволяет их использовать в помещениях и конструкциях самого разнообразного назначения.
Татьяна Дементьева
инженер-технолог
Иллюстрация: giftec
Композитный материал | строительство | Британника
- Похожие темы:
- металломатричный композиционный материал накальная обмотка углерод-углеродный композитный материал композитный материал с керамической матрицей полимерно-матричный композиционный материал
См.
все связанные материалы →
композитный материал , также называемый композит , твердый материал, который получается, когда два или более разных вещества, каждое со своими характеристиками, объединяются для создания нового вещества, свойства которого превосходят свойства оригинальные компоненты в конкретном приложении. Термин «композит» более конкретно относится к конструкционному материалу (например, пластику), в который встроен волокнистый материал (например, карбид кремния).
Далее следует краткое описание композитных материалов. Для полной обработки см. Материаловедение.
Викторина «Британника»
Строительные блоки предметов повседневного обихода
Замечательные свойства композитов достигаются за счет встраивания волокон одного вещества в матрицу другого вещества. В то время как структурная ценность пучка волокон невелика, прочность отдельных волокон можно использовать, если они встроены в матрицу, которая действует как клей, связывая волокна вместе и придавая материалу прочность.
Большинство обычных композитов напоминают фанеру тем, что состоят из тонких слоев, каждый из которых армирован длинными волокнами, уложенными в одном направлении. Такие материалы проявляют повышенную прочность только вдоль направления волокон. Для получения композитов, прочных во всех направлениях, волокна вплетаются в трехмерную структуру, в которой они лежат вдоль трех взаимно перпендикулярных осей.
Структурный компонент композита может состоять из волокон из стекла или углеграфита, более коротких «усов» из карбида кремния или оксида алюминия или более длинных вольфрамово-борных нитей.
Материалом матрицы может быть эпоксидная смола или другой высокотемпературный пластик, алюминий или какой-либо другой металл, или керамика, такая как нитрид кремния. Армированный стекловолокном пластик является наиболее известным композитом и нашел широкое применение как в бытовых товарах, так и в промышленных изделиях. Однако композиты находят наибольшее применение в аэрокосмической промышленности, где их жесткость, легкость и термостойкость делают их предпочтительными материалами для армирования капотов двигателей, крыльев, дверей и закрылков самолетов. Композитные материалы также используются в ракетках и другом спортивном инвентаре, в режущих инструментах и в некоторых деталях автомобильных двигателей.
Эта статья была недавно пересмотрена и обновлена Адамом Августином.
Композитные термины и классификации | MATSE 81: Материалы в современном мире
Печать
Композитные материалы — это материалы, представляющие собой комбинацию двух или более отдельных материалов.
Эти комбинации формируются для получения более желаемой комбинации свойств. Это называется принципом комбинированного действия . Одним из примеров этого принципа является использование композитов для конструкций самолетов. Эти композиты имеют меньший вес и прочность, сравнимую с металлическими конструкционными элементами, которые они заменяют. Как правило, композит формируется с непрерывной фазой, называемой матрицей. Как показано на рисунке ниже, матричная фаза окружает другую прерывистую фазу, называемую дисперсной фазой.
Матричная фаза, окружающая другую прерывистую фазу, называемую дисперсной фазой.
Кредит: рис. 15.1 (а), Каллистер и Ретвиш 5e.
Назначение матричной фазы — удерживать дисперсную фазу на месте, передавать нагрузку на дисперсную фазу и защищать дисперсную фазу от окружающей среды. Назначение дисперсной фазы обычно зависит от типа материала, из которого она состоит:
- Металл Дисперсные фазы обычно используются для увеличения предела текучести, прочности на растяжение и/или обеспечения стабильности продукта в течение всего срока службы.
- Керамические дисперсионные фазы обычно используются для производства материалов, устойчивых к разрушению.
- Дисперсные фазы полимера обычно используются для увеличения модуля упругости, предела текучести, прочности на растяжение и/или обеспечения стабильности продукта в течение всего срока службы.
Композиты обычно классифицируют по типу используемой дисперсионной фазы: армированные частицами , армированные волокнами или структурные . Более подробная информация об этих различных типах дисперсионной фазы будет представлена в материалах к этому уроку, но сначала, пожалуйста, посмотрите это короткое четырехминутное видео, знакомящее с композитами. Обратите внимание, что в этом видео то, что мы называем дисперсионной фазой, они называют фазой подкрепления.
Смотреть
Введение в композиты
Нажмите, чтобы просмотреть расшифровку Intro to Composites.
От хижин из глины и травы до памятников из камня и стали. Подъем современной цивилизации был обусловлен нашей разработкой новых материалов. Мы начали с земли, дерева и камней. Мы строили убежища и инструменты. Мы использовали огонь и научились выковывать металл из камня. И вот однажды кирпичник добавил в свою глину солому, в результате чего кирпич стал прочнее и появились искусственные композиты.
Так что же такое композит? Просто это сочетание двух разных материалов. Однородное вещество типа портландцемента называют монолитным материалом. Бросьте в горсть гравия еще один монолитный материал, и у вас есть бетон. Композит. В композите вы все еще можете видеть отдельные монолитные материалы, цемент в гравии, они просто скреплены вместе.
Так зачем делать композиты? Мы объединяем два похожих материала, чтобы создать новый материал, обладающий характеристиками, необходимыми для конкретного применения. Портландцемент довольно крепкий, но мост из него не построишь. Он недостаточно прочен или долговечен.
Добавьте немного гравия, и теперь он достаточно прочен для движения, но все еще недостаточно прочен, чтобы перекрывать опоры. Добавьте красивую сетку из стальной арматуры, и теперь у вас есть композитный материал, достаточно прочный для настила моста. В дополнение к повышенной прочности и долговечности, композиты также позволяют нам настраивать материалы с необходимой гибкостью веса, проводимостью и стабильностью. Хотя композиты могут состоять из нескольких различных компонентов, все они имеют две общие черты: матрицу и армирование.
В нашем бетонном мосту цемент является матрицей, а гравий и арматура — арматурой. Многие современные композиты используют смолы в качестве матрицы. Добавьте древесину или древесное волокно, и вы получите широкий ассортимент продукции от фанеры и древесно-стружечных плит до древесноволокнистых плит высокой плотности и композитных террасных панелей. Добавление стекловолокна или ткани в качестве армирования приводит к тому, что стекловолокно широко используется во всем: от автомобильных деталей кузова и обоих отверстий до теннисных ракеток и вкладышей для бассейнов.
