Полимерные композиционные материалы (ПКМ) – материалы будущего.

     Композиционные материалы с неметаллической матрицей (ПКМ)нашли широкое применение. В качестве неметаллических используют 

полимерные, углеродные и керамические материалы. Из полимерных матриц наибольшее распространение получили эпоксидная, полиэфирная, фенолоформальдегидная и полиамидная.Матрица связывает композицию, придавая ей форму.

     Армирующими наполнителями служат волокна: стеклянные, углеродные, борные, органические, на основе нитевидных кристаллов (оксидов, карбидов, боридов, нитридов и других); а также металлические (проволоки), обладающие высокой прочностью и жесткостью.

     Свойства композиционных материалов зависят от состава компонентов, их сочетания, количественного соотношения и прочности связи между ними. Армирующие материалы могут быть в виде волокон, жгутов, нитей, лент, многослойных тканей. Содержание армирующего материала в ориентированных материалах составляет 60-80 об. %, в неориентированных (с дискретными волокнами и нитевидными кристаллами) – 20-30 об. %. 

Чем выше прочность и модуль упругости волокон, тем выше прочность и жесткость композиционного материала. Свойства матрицы определяют прочность композиции при сдвиге и сжатии и сопротивление усталостному разрушению.

     По виду упрочнителя композиционные материалы классифицируют на стекловолокниты, карбоволокниты с углеродными волокнами, бороволокниты и органоволокниты.

     В слоистых материалах волокна, нити, ленты, пропитанные связующим, укладываются параллельно друг другу в плоскости укладки. Плоские слои собираются в пластины. Свойства получаются анизотропными. Для работы материала в изделии важно учитывать направление действующих нагрузок.

     Можно создать материалы как с изотропными, так и с анизотропными свойствами. Можно укладывать волокна под разными углами, варьируя свойства композиционных материалов. От порядка укладки слоев по толщине пакета зависят изгибные и крутильные жесткости материала.

     Применяется укладка упрочнителей из трех, четырех и более нитей. Наибольшее применение имеет структура из трех взаимно перпендикулярных нитей. Армирующие наполнители могут располагаться в осевом, радиальном и окружном направлениях. Трехмерные материалы могут быть любой толщины в виде блоков, цилиндров. Объемные ткани увеличивают прочность на отрыв и сопротивление сдвигу по сравнению со слоистыми.

     Система из четырех нитей строится путем разложения наполнителя по диагоналям куба. Структура из четырех нитей равновесна, имеет повышенную жесткость при сдвиге в главных плоскостях.

     Прочность композиционных (волокнистых) материалов определяется свойствами волокон; матрица в основном должна перераспределять напряжения между армирующими элементами. Поэтому прочность и модуль упругости волокон должны быть значительно больше, чем прочность и модуль упругости матрицы. Жесткие армирующие волокна воспринимают напряжения, возникающие в композиции при нагружении, придают ей прочность и жесткость в направлении ориентации волокон.

 

     Преимущество композиционных материалов перед традиционно используемыми:

 

  • высокая удельная прочность в широком интервале температур;
  • уникальная коррозионная и химическая стойкость;
  • долговечность и надежность;
  • отсутствие затрат на обслуживание (краситель интегрирован в состав композита);
  • повышенная стойкость к знакопеременным нагрузкам;
  • повышенная демпфирующая способность;
  • высокие диэлектрические характеристики.