КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ Композиционные материалы – искусственно созданные материалы, которые состоят из двух или более компонентов, различающихся по составу и разделенных выраженной границей, и которые имеют новые свойства, запроектированные заранее.

Композиционные материалы Композиты образуют класс материалов, удовлетворяющий такие жесткие, часто противоречащие друг другу требования, как обеспечение минимальной массы конструкции, максимальной прочности, жесткости, надежности и долговечности при работе в тяжелых условиях нагружения, в том числе при высоких температурах и в агрессивных средах, являются. Различные сочетания матричного материала и наполнителя позволяют получать гибридные композиты с широким диапазоном характеристик, чего невозможно достичь на металлах и сплавах в / - удельная прочность Е/ - удельный модуль упругости

Композиты представляют собой системы, состоящие из двух и более разнородных компонентов, имеющих границы раздела между ними. Компонент, непрерывный по всему объему материала, обеспечивающий его монолитность, называется матрицей. Компоненты, распределенные в матрице, называются наполнителями. По типу матрицы различают композиционные материалы на полимерной, металлической и керамической основе. По виду и структуре наполнителя композиты делятся на дисперсно- упрочненные (а), упрочненные волокнам (в-г) и слоистые (д,е).

Углепластики – композиционные полимерные материалы, армированные наполнителями из углеродных волокон в виде нитей, ленты, ткани. Углепластики характеризуются низкой плотностью, высокой прочностью, вибропрочностью, повышенной химический стойкостью, практически нулевым коэффициентом линейного расширения. Углепластики используются как конструкционные материалы в авиакосмической технике, автомобилестроении, судостроении, машиностроении, медицинской технике.

Жаропрочный композит с никелевой матрицей (рабочая температура до °С). Наполнителем могут быть мелкодисперсные порошки диоксида тория ThO 2 и диоксида гафния HfO 2 или вольфрамовая проволока. Так введение в сплав никеля с хромом вольфрамовой проволоки в количестве от 40 до 70 %, позволяет повысить его жаропрочность при 1100 °С в два раза. Применяются в авиационной и космической технике для изготовления лопаток газовых турбин, камер сгорания. На фото: Лопатки газовых турбин из никелевого композита.

Композиционные материалы с борными волокнами (боропластик и бюро алюминий) широко используются в авиации и ракетно-космической технике. Их использование для изготовления крупных деталей для космических кораблей. По модулю упругости и теплостойкости бюро алюминиевые композиты превосходят все высокопрочные алюминиевые сплавы. Бор мало разупрочняется с повышением температуры, поэтому композиты сохраняют высокую прочность до 400 – 500°С. Высокая демпфирующая способность материала обеспечивает вибропрочность изготовленных из него конструкций. Промышленное применение нашел материал ВКА-1, содержащий 50% непрерывных высокопрочных волокон бора в матрице алюминия.

Полиэтилен (-СН2-СН2-)n продукт полимеризации бесцветного газа – этилена. Один из самых легких материалов, имеет высокую эластичность, отличные электроизоляционные свойства, химически стоек, водонепроницаем, морозостоек до –70 °С, пластичен, недорог, технологичен. Недостатки – склонность к старению и невысокая теплостойкость (до +70°С). Используется для изготовления пленки, изоляции проводов, изготовления коррозионно-стойких труб. Применяется для покрытия металлов с целью защиты их от коррозии. Занимает первое место в общем объеме мирового производства пластмасс.

Полимерные макромолекулы представляют собой длинные цепочки, состоящие из большого количества отдельных звеньев. Поперечное сечение цепи составляет несколько, нанометров, а длина – до нескольких тысяч нанометров. По форме макромолекул полимеры делятся на линейные (а), разветвленные (б), лестничные (в) и пространственные (г).

Интегральные пенопласты состоят из легкой пористой микро ячеистой (0,02-2 мм) сердцевины – пенопласта, постепенно переходящей в монолитную поверхностную корку. Обладают высокими механическими свойствами, т.к. поверхностная корка придает изделиям стойкость к механическим нагрузкам, а пористая сердцевина – легкость. По удельной ударной механической прочности и удельной жесткости при изгибе могут превосходить монолитные аналоги, ряд металлов и древесину. Благодаря своим упругим свойствам эти материалы применяются для производства энергопоглощающих, амортизирующих и уплотнительных изделий.

Поликарбонат – термопластический полимер на основе дифенилолопропана и фостера. Характеризуется низкой водопоглощаемостью и газопроницаемостью, высокой жесткостью, тепло- и химической стойкостью, физиологически безвреден, бесцветен, прозрачен, хорошо окрашивается. Стоек к световому старению. Это один из наиболее ударопрочных термопластов, что позволяет его использовать его в качестве конструкционного материала, заменяющего металл. Из поликарбоната изготавливают шестерни, подшипники, корпуса и др. В современном автомобилестроении из поликарбоната изготавливают окна и крыши автомобилей.

Керамические материалы Под керамикой понимаются материалы, получаемые спеканием неметаллических порошков природного или искусственного происхождения. По составу керамику можно подразделить на кислородную состоящую из оксидов металлов и неметаллических элементов бериллия, магния, алюминия, кремния, титана, циркония и бескислородную – нитридную, карбидную, боридную и др. По структуре керамика может быть аморфная, кристаллическая. Эти материалы перспективны для инструментов, деталей двигателей внутреннего сгорания, фильтров, нагревательных элементов, элементов источников питания и др. На фото: Сопла для газосварочных аппаратов из керамики на основе карбида кремния.

Керамика первый конкурент металлических сплавов для использования при высоких температурах. Однако керамика чувствительна к термоударам, хрупка, сложна в механической обработке. Снижения хрупкости добиваются путем введением в состав диоксида циркония, армирования керамики волокнами из хрома, никеля, ниобия, вольфрама. Применяются также специальная технология формирования в структуре микротрещин.

Пластмассы Природные и синтетические высокомолекулярных соединения (полимеры), которые способны под воздействием теплоты и давления принимать и сохранять заданную форму. Полимеры состоят из многочисленных элементарных звеньев одинаковой структуры – мономеров. Например, молекула полиэтилена состоит из многократно повторяющегося звена С 2 Н 4. В зависимости от числа звеньев в молекуле изменяются агрегатное состояние и свойства вещества. При n = 5 это жидкость, при n = – вязкая жидкость (смазка), при n = – твердое вещество (парафин), при n = – высокомолекулярное соединение (полиэтилен).

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ Предназначен для изготовления плоских заготовок деталей из полимерных композиционных материалов методом автоматизированной выкладки на соответствующие формы. Выкладка производится предварительно пропитанным и подсушенными материалами - препрегами. Станок имеет 5 управляемых координат. ВКЛ2-8С

НК 0,8-4/1,6-8/2,5-12 Предназначены для изготовления деталей из полимерных композиционных материалов методами спиральной и окружной намотки на вращающуюся оправку, а также методом выкладки. Станки имеют управление по 7 независимым координатам, из них 5 координат используются при спиральной намотке и 3 при окружной намотке и выкладке. Ось вращения оправки является общей координатой для обоих видов намотки. На станках можно выполнять намотку выпуклых изделий различных геометрических форм типа отсеков, корпусов, емкостей по геодезическим линиям и другим рисункам. Армирование материала возможно с углами от 0 до 90° оси изделия

Предназначена для пропитки, сушки и намотки на приемные гильзы стеклянных тканей и сеток. Сушка тканей производится в парах растворителей. На установках выполняется комплекс операций, включающий: - размотку тканей; - соединение концов непропитанных тканей; - пропитку тканей; - подсушку тканей (удаление влаги и замасливателя); - сушку тканей (испарение растворителей из пропитанной ткани); - улавливание растворителей для последующего использования; УПСТ-1000П