*

1.3. Конструкционные материалы



В настоящее время наиболее распространенными армирующими компонентами при создании композиционных материалов являются стеклянные, полиамидные, асбестовые волокна, бумага (целлюлозные волокна), хлопок, сизаль, джут и другие натуральные волокна. Все большее место в технологии производства композитов занимают такие материалы, как углеродные, графитовые, борные, стальные волокна и усы (очень короткие армирующие волокна, обычно кристаллические). Выбор того или иного армирующего наполнителя определяется ценой, составом и технологическими требованиями, предъявляемыми к свойствам АП.

Большое количество стеклопластиков применяется при изготовлении различных коммерческих товаров (например, в автомобиле- и приборостроении). Одним из основных направлений использования таких KM является производство ракет, самолетов, надводных и подводных обшивок кораблей. Стекловолокно является основным видом армирующего материала для упрочнения различных пластиков, так как его стоимость невысока.

Из бумаг для целей армирования обычно используется три типа: крафт-бумага, обладающая сравнительно высокими прочностными показателями по сравнению с другими видами бумаги; альфа-бумага, используемая в электротехнике, и бумага из вторсырья, обладающая низкой чувствительностью к влаге и хорошими механическими свойствами.

Хлопковые волокна сочетают в себе высокие прочность, по-годостойкость, технологичность и достаточную жесткость. Толщина и масса материала могут меняться в зависимости от того, какие свойства хотят получить от КМ.

Полиамидные (нейлоновые) волокна используются для армирования обычно в виде тканей. Они образуют прекрасные электроизолирующие слоистые материалы, применяемые в электронной промышленности. Эти волокна обладают низкой смачиваемостью, хорошей устойчивостью к истиранию и хемостойкостью.

Асбестовые волокна наряду с прочностью, устойчивостью к действию открытого пламени, обладают тепло- и хемостой-костью [15—28]. Сизаль и джут используются как в сочетании со стекловолокном, так и независимо для снижения стоимости материалов при строительстве складов и т. п.

20
Углеродные и графитовые волокна обладают целым рядом особенностей по физико-техническим и химическим свойствам. Эти волокна имеют высокие предел прочности (временное сопротивление ав) и модуль упругости E при растяжении, что определяет их промышленную ценность (табл. 1.1).

Таблица 1.1. Свойства наиболее распространённых металлических и неметалических армирующих материалов

Волокно
(проволока)
p, м3 Тпл, °С бВ, мПа бВ
----- ,
p

мПа
-------
кг м-3
Е, гПа Е
----- ,
p

мПа
-------
кг м-3
Алюминий 2 687 660 620 2 300 73 270
Окись алюминия 3 989 2 082 689 1 700 323 810
Алюмосиликат 3 878 1 816 4 130 10 600 100 260
Асбест 2 493 1 521 1 380 5 500 172 690
Бериллий 1 856 1 284 1 310 7 100 303 1 630
Карбид бериллия 2 438 2 093 1 030 4 200 310 1 270
Окись бериллия 3 020 2 566 517 1 700 352 1 160
Бор 2 521 2 100 3 450 150 441 1 750
Углерод 1 413 3 700 2 760 157 200 1 410
Стекло перспективное 2 493 1 650 6 890 277 124 497
Стекло Е 2 548 1 316 3 450 136 72 280
Стекло S 2 493 1 650 4 820 194 85 340
Графит 1 496 3 650 2 760 184 345 2 300
Молибден 0 166 2 610 1 380 14 358 350
Полиамид 1 136 249 827 73 2,8 25
Полиэфир 1 385 248 689 49 4,1 29
Кварц 2 188 1 927 - - 70 320
Сталь 7 811 1 621 4 130 53 200 256
Тантал 1 656 2 996 620 3,7 193 116
Титан 4 709 1 668 1 930 41 115 245
Вольфрам 19 252 3 410 4 270 22 400 207
Монокарбида вольфрама 15 651 2 871 730 4,6 717 458
Примечание: 1. Борные волокна содержат сердцевину из борида вольфрама.
2. "Усы" обладают очень высоким пределом прочности и свервысоким модулем упругости при растяжении: окись алюминия - бВ = 12,4 гПа; графит - бВ = 20,7 гПа, Е = 690 гПа; железо - бВ = 13,8 гПа.


Термореактивные связующие (полиэфирные, фенольные, поли-имидные и эпоксиды) наиболее часто используются в стеклопластиках. В последнее время все большее внимание привлекают KM на основе термопластов (в частности, поликарбонаты, АБС-сополимеры, полиацетали и полистирол), армированные короткими волокнами.

В качестве армирующего наполнителя используются также разнообразные материалы: алюминиевые порошки (окись алюминия),

21


асбест, карбонат и силикат кальция, продукты целлюлозного производства, хлопок в различных формах, стекловолокно, стеклосферы, Граниты, порошок окиси железа, слюда, кварц, сталь, карбид кремния, окись титана и карбид вольфрама. Выбор наполнителя диктуется требованиями, предъявляемыми к материалу и технологии получения АП. В качестве армирующего наполнителя могут быть использованы и длинные волокна.

Положительный эффект применения наполнителей выражается в увеличении прочности и жесткости материалов, улучшении теплопроводности и теплостойкости, повышении износостойкости и ударной вязкости; уменьшении коэффициента линейного расширения, амплитуды экзотермических пиков и пористости; улучшении поверхности и в отдельных случаях в удешевлении материалов. Однако введение наполнителей вызывает появление и отрицательных свойств. Наполнители накладывают ряд ограничений на технологию получения KM и сокращают «время жизни» некоторых связующих.

*


на предыдущую страницу

переход

к списку литературы


*