Материалы композиционные (неметаллические или железные) выделяются собственной структурой – их конструкция улучшена элементами разного типа, например, волокнами. Одни из очень популярных по частоте использования– волокнистые наполнители. Они занимают вторую ступеньку по популяризации после дисперсионных.
Сущность этой технологии в соединении совершенно разнородных материалов в одно целое, чтобы получить новые качества, по отдельности им неприсущие. К примеру, в условиях лаборатории куску поваренной соли, говоря со всей строгостью, хлористого натрия, удалось дать, эластичность, добавив в нее золото. К слову, волокнистые материалы композиционные – это не приобретение нашего времени. К первым образцам аналогичных материалов смело можно отнести сделанные для египетских мумий оболочки, для которых применялись пропитанных смолой куски папируса .
Содержание:
Волокнистые материалы и их свойства
Для армировки волокнистых композитов применяют волокна либо нитевидные кристаллы. Даже небольшое их содержание в материале данного типа значительно делает лучше его механичные свойства. Возможность изменения при армировании ориентации волокон, их размера и концентрации дает возможность еще шире варьировать свойства материала на основе композита.
Для армировки во многих случаях применяют волокна углерода, бора, стеклянные, базальтовые или полимерные. Необыкновенный интерес, благодаря чрезвычайно большому модулю упругости и прочности при растяжении, вызывают также монокристаллические волокна в виде нитевидных кристаллов.
Волокнистые материалы композиционные, скажем, цемент, гипсоволоконные плиты и остальные, в собственном составе в большинстве случаев содержат волокна стекла, пластмассы, стали или углерода. Что касается натуральных волокон, скажем, целлюлозы, то процент их применения в этом сегменте рынка намного меньше, но и они, со своей стороны, придают композиту благодаря своему принципу оригинальные характеристики. Среди них необходимо выделить:
- более большую степень гибкости;
- лучшую способность влагорегулирования;
- меньшую плотность и вес.
Структура наполнителей
Главные типы волокон, например, стеклянные и углеродные, имеют по большей части круглое сечение o 8-20 мкм, хотя в сечении может лежать также треугольник, ромб или иная фигура. Непрерывные волокна с сечением, прекрасным от круга, называют профильными. Они бывают и также пустотелыми, что помогает уменьшению плотности армированного композита.
По структуре же их делят на 4-ре группы: непрерывные однонаправленные, тканевые, нетканые, объемного плетения. Прибавляя наполнителям разную структуру и фиксируя ее, кроме первичных крученых нитей, лент, можно получать самые разнообразные виды усиливающих наполнителей: сетка, пленка, холст и остальные.
Рассмотрим такой распространенный волокнистый наполнитель, применяемый для армирования, как стекловолокно.
- Простое стекловолокно (диаметр частиц – 10-15 мкм, длина – 0.3-0.65 мм). Существенно увеличивает эти параметры изделия, как жесткость, надёжность к нагрузкам механическим путем, стойкость к ползучести, твердость и теплоустойчивость, усталостная надёжность. Увеличивает плотность, устойчивость к износу и неизменность размеров изделия.
Стекловолокно длинное (длина –10-12 мм). Ко всем вышеперечисленным свойствам просто достаточно добавить «очень». Изделия, укрепленные длинными стекловолокнами исполняют в условиях, не нарушающие цельности волокна.
- Стекловолокно(0.08 мм), мелкорубленное. Жесткость и механическую надёжность композита возрастает сдержанно. Изделие – намного менее устойчивое к износу.
- Стеклянные пустотелые сферы. Делают больше жесткость, но делают меньше прочность к ударам. Уменьшают вес, искривление и анизотропию усадки, другими словами отличие усадки в самых разнообразных направлениях изделия.
Некоторые популярные волокнистые материалы: свойство и использование
Деревянные композиты. Дсп, деревобетоны, Двп, деревянные пресспорошки и прессмассы, фанеры, клееные конструкции, древесно-полимерные термопластичные композиты и остальные.
Огромную популярность получили древесноволокнистые плиты. В процессе их изготовления резаная масса из древесины идет через специально конструированные размалывающие диски, в результате возникают тончайшие волокна (толщина – 0,1 мм). После смешивания с клеем, их подчиняют прессованию и закаливают при большой температуре. В последующем поверхность плит в большинстве случаев зашлифовывают. Конструкция композита имеет некоторые преимущества:
- структура плиты по всей толщине одинаково плотная;
- прочно держаться детали крепежа: саморезы, гвозди;
- поддаются фрезерованию даже лучше, чем массив древесины.
Бетоны. Ассортимент современных бетонов очень многообразна и различается по собственным
составам и особенностям. В их основе лежит классическая цементная, как и сделанная из полимерных материалов, эпоксида, полиэстер, акрила и другое. По прочности высокоэффективные бетоны приближаются к металлам. Сейчас распространение получили и декоративные.
Углепластики. Углеродные волокна, наполнители данных
полимерных композитов, получают из природных и волокон синтетики из целлюлозы, акрилонитрила, сополимеров, каменноугольных песков, нефти и т. д. Матрицами в углепластиках служат термореактивные или термопластичные полимерные материалы. Это не тяжелый, но достаточно прочный материал, владеет невысокой плотностью и высоким модулем упругости. Углепластики нашли использование в машино- , авиа-, ракетостроении, производстве медтехники и других областях.
Стеклокомпозиты. Усиление волокнистого композита проводят, применяя стеклянные волокна,
которые формируют вытяжкой из находящегося в расплавленном состоянии неорганического стекла. Композиты выделяет большая прочность, малая теплопроводимость, высокие электроизоляционные характеристики, не мешают прохождению радиоволн. Стеклокомпозиты применяют в кораблестроении, радиоэлектронике, строительстве и т. д.
Боропластики. Борными волокнами в виде мононитей или жгутов и лент с присутствием стеклянной или других нитей наполняют термореактивные матрицы. Композиты исключительно проявили себя в условиях продолжительных нагрузок в агрессивной обстановке. Производство борных нитей обходится не дешево, благодаря этому область использования боропластиков исчерпывается авиационной и космической промышленностью.
Пресспорошки (прессмассы). Сегодня известно уже больше 10000 видов
композитных полимерных материалов. Первый насыщенный полимерный материал, бакелит, был получен путем добавки под давлением пресс-порошка, например, муки дерева в отчасти отвержденный полимерный материал. Аналогичным образом непрочное вещество низкой прочности необратимо твердеет в форме и приобретает очень высокую прочность. Очень часто вместо наполнителя применяют деревянную муку, каолин, тальк, мел, слюду, сажу, базальтовое и стекловолокно и другое.
Первый раз изделие, произведенное по такой технологии, ручку тумблера скоростей, было применено в автомобилях «Роллс-Ройс».
Сегодня наполненные полимерные материалы находят применение в самых разных областях.