Википедия композит – Композиционные и композитные материалы — свойства и классификация композиционных материалов | ПластЭксперт

Содержание

Функциональные композиты — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии


Функциональные композиты (англ. functional composites) — композиты, совокупность функциональных свойств которых, за исключением механических, не может быть реализована для каждого из их компонентов по отдельности.

К наиболее известным группам функциональных композитов относятся композиты со специальными электрическими, магнитными и оптическими свойствами. Характерным примером композитов, для которых определяющее значение имеют электрические свойства, являются дисперсоиды, ионный транспорт в которых практически полностью протекает по межфазным границам матрицы и наполнителя.

Функциональными нанокомпозитами являются и многие из современных высокотемпературных сверхпроводящих материалов, в которых увеличение критического тока достигается путём введения в них нановключений других фаз с целью создания дополнительных центров пиннинга. Реализация эффектов гигантского и туннельного магнетосопротивления и устройств на их основе возможна только при наличии многофазных структур — магнитных нанокомпозитов.

Важной особенностью многих функциональных композитов является возможность реализации в них производных свойств (product properties). Примером может служить сочетание магнитострикции фазы A и пьезоэлектричества фазы B — «магнитоэлектрический» эффект в композите.

К функциональным композитам относятся и многие фотонные кристаллы, в которых и матрица, и наполнитель являются твердыми фазами; примером такого композита являются опал и опалоподобные структуры.

К функциональным композитам можно отнести и многие биоматериалы, в которых основные функциональные компоненты защищены от взаимодействия со средой организма при помощи биосовместимых покрытий.

  • Benito A.M. et al. Carbon nanotubes: from production to functional composites // Int. J. Nanotechnology. 2005. V. 2. P. 71-89.
  • Tressler J. et al. Functional composites for sensors, actuators and transducers // Composites A. 1999. V. 30. P. 477—482.

Композиты с металлической матрицей — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Композиты с металлической матрицей (англ. metal matrix сomposites) — композиты, матрицей в которых является металл или металлический сплав.

Композиты с металлической матрицей разделяют на армированные волокнами (волокнистые композиты) и наполненные тонкодисперсными частицами, не растворяющимися в основном металле (дисперсно-упрочненные композиты).

Волокнистые композиты с металлической матрицей имеют два основных преимущества по сравнению с более распространенными композитами с полимерной матрицей: они могут использоваться при значительно более высоких температурах и более эффективны в относительно малогабаритных сильно нагруженных элементах конструкций. Последний факт определяется возможностью существенно сократить массу стыковочных элементов конструкций благодаря большей прочности металлической матрицы по сравнению, например, с полимерной, и технологичностью обработки композитов с такой матрицей (возможность использования резьбовых соединений и т. д.).

Волокна в КММ несут основную нагрузку, при этом длина передачи нагрузки в такого типа композитах много меньше соответствующей длины в композитах с полимерной матрицей в силу больших возможных касательных напряжений в матрице (при условии достаточно прочной связи на границе раздела волокна и матрицы). Это обстоятельство сказывается положительным образом на прочностных свойствах композита в силу масштабной зависимости прочности волокна. Возможны также ситуации, в которых взаимодействие волокна и матрицы существенно повышает эффективную прочность волокна, в результате реальная прочность композита оказывается выше величины, полученной при использовании результатов испытаний отдельных волокон. Такого типа эффекты делают волокнистые КММ перспективными материалами. Важной особенностью КММ с пластичной металлической матрицей является возможность конструирования структур с хрупкими волокнами, трещиностойкость которых превышает трещиностойкость неармированной матрицы.

Типичными композитами с металлической матрицей являются бороалюминий (волокно бора — матрица на основе алюминиевых сплавов), углеалюминий (композиты с углеволокном), композиты с волокном карбида кремния в титановой или титан-алюминидной матрице, а также с оксидными волокнами в матрице на основе никеля. Последние позволяют существенно поднять (до 1200 °С) рабочую температуру жаропрочных материалов.

В отличие от волокнистых композитов, в дисперсно-упрочненных материалах матрица является основной несущей нагрузку составляющей, а дисперсные частицы тормозят движения дислокаций, повышая предел текучести и прочность материала. Высокая прочность достигается при размере частиц 10—500 нм при среднем расстоянии между ними 100—500 нм и равномерном их распределении в матрице. Дисперсно-упрочненные композиты могут быть получены на основе большинства применяемых в технике металлов и сплавов.

Основные приложения КММ в настоящее время — аэрокосмические конструкции, в будущем они могут заменить металлические сплавы во многих наземных приложениях, в том числе в автомобильной технике.

  • Concise Encyclopedia of Composite Materials / Ed. by A. Kelly. — Elsevier Science, 1994. — 378 p.
  • Handbook of Composites. V. 4 / Ed. by A. Kelly, S. T. Mileiko. — NorthHolland, Amsterdam, 1983.
  • Композиционные материалы. Справочник / Под общей ред. В. В. Васильева, Ю. М. Тарнопольского. — М.: Машиностроение, 1990. — 510 с.
  • Mileiko S. T. Metal and Ceramic Based Composites. — Elsevier Science, 1997. — 704 p.

Композиты с полимерной матрицей — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 5 октября 2018; проверки требуют 2 правки. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 5 октября 2018; проверки требуют 2 правки.

Композиты с полимерной матрицей (англ. polymer composites) — композиты, матрицей в которых является высокомолекулярное соединение.

В качестве матрицы при создании композиционных материалов данного вида используются полимеры самых разных типов: термопласты (полиолефины, алифатические и ароматические полиамиды, фторопласты и др.), реактопласты (фенопласты, аминопласты, эпоксидные, полиэфирные, кремнийорганические и другие полимерные связующие), эластомеры (вулканизированный натуральный, бутадиен-нитрильный, бутилкаучук и другие каучуки). Использование наполнителей позволяет изменять механические, электромагнитные, физико-химические характеристики исходного полимера, а, в ряде случаев, и снижать стоимость конечного композита по сравнению со стоимостью полимера за счет использования более дешевого, чем полимер, наполнителя, например, мела, или речного песка, получая полимерно-песчаный композит.

Многие широко используемые материалы являются композитными полимерными материалами, например, конструкционные материалы широкого назначения на основе реактопластов с волокнистыми наполнителями, шины автомобилей, зубные пломбы, различные покрытия.

Особый класс полимерных композиционных материалов представляют полимерные нанокомпозиты. В качестве добавки к полимерной матрице в них используются различные как по химическому составу, так и морфологии отдельных элементов наполнители. Отличительной особенностью данных наполнителей является размер составляющих их элементов (частиц, пластин, волокон и т. д.), который преимущественно должен быть менее 100 нм (см. нанонаполнители).

Свойства композитов такого типа могут изменяться при очень малых изменениях концентрации наполнителя благодаря его большой удельной поверхности и интенсивному межмолекулярному взаимодействию с полимером. В настоящее время активно разрабатываются новые способы получения и исследуются свойства различных полимерных нанокомпозитов (см., например, крейзинг полимеров, эксфолиация).

  • Беданоков А. Ю., Микитаев А. К., Борисов В. А., Микитаев М. А. Полимерные нанокомпозиты: современное состояние вопроса. — http://newrusnano.explosion.ru/sadm_files/disk/Docs/2/43/43 (недоступная ссылка) (26).pdf (дата обращения: 25.09.09).
  • Битва за резину: С чего начинается шина // Интернет-журнал «Популярная механика», февраль 2008. —www.popmech.ru/article/2923-bitva-za-rezinu/ (дата обращения: 25.09.09).
  • Перепелкин К. Е. Полимерные композиты на основе химических волокон, их основные виды, свойства и применение // Rustm.Net. —www.rustm.net/catalog/article/185.html (дата обращения: 25.09.09).
  • Беданоков А. Ю., Микитаев А. К., Борисов В. А., Микитаев М. А. Полимерные нанокомпозиты: современное состояние вопроса. — newrusnano.explosion.ru/sadm_files/disk/Docs/2/43/43(26).pdf (дата обращения: 25.09.09).
  • Микитаев А. К., Козлов Г. В., Заиков Г. Е. Полимерные нанокомпозиты. Многообразие структурных форм и приложений. — М.: Наука, 2009. — 278 с.

Композитная арматура — Википедия

Композитная арматура

Композитная арматура (англ. fibre-reinforced plastic rebar, FRP rebar) — неметаллические стержни из стеклянных, базальтовых, углеродных или арамидных волокон, пропитанных термореактивным или термопластичным полимерным связующим и отверждённых. Арматуру, изготовленную из стеклянных волокон, принято называть стеклопластиковой (АСП), из базальтовых волокон — базальтопластиковой (АБП), из углеродных волокон — углепластиковой. Для сцепления с бетоном на поверхности композитной арматуры в процессе производства формируются специальные рёбра или наносится покрытие из песка.

Высокая удельная прочность
Удельная прочность АСП в 10 раз выше удельной прочности стальной арматуры АIII.
Коррозионная стойкость
Композитная арматура не подвержена воздействия воды и солей, поэтому ее применение может быть оправдано применением в армировании конструкций подверженных воздействия воды, особенно морской, и других агрессивных сред.
Низкая тепло и электропроводность
Не создает мостиков холода. Не создает помех радиоволнам. Не создает наводящих токов и магнитных полей.
Высокая транспортабельность
Композитная арматура малого диаметра перевозится в бухтах.
Экологически чистый материал
Не наносит вред окружающей среде, не токсичен при разложении. Не абсорбирует на себе радиоактивные вещества.
Одинаковый температурный коэффициент расширения с бетоном
При изменении температуры окружающей среды, расширяется и сужается вместе с бетонными конструкциями, не допуская растрескивания и трещин.

Низкая жёсткость[править | править код]

Модуль упругости (E{\displaystyle E}) композитной арматуры в 4 раза меньше, чем у стальной арматуры (45 ГПа у АСП против 200 ГПа у АIII). Низкая жесткость композитной арматуры не позволяет реализовать ее высокий прочностной потенциал при армировании бетона. Согласно п.6.1.14 Свода правил СП 63.13330.2012 предельная деформация бетона при работе на растяжение составляет около ε≈0,0002{\displaystyle \varepsilon \approx 0,0002}. При такой деформации (ε{\displaystyle \varepsilon }) напряжение в АСП по закону Гука (σ=Eε {\displaystyle \sigma =E\varepsilon \ }) составит 45ГПа*0,0002=9МПа, что составляет около 1% от прочности АСП на разрыв.

При сравнительном нагружении бетона, армированного композитной арматурой и бетона, армированного стальной арматурой, при одинаковых деформациях армированного бетона по закону Гука напряжение в композитной арматуре будет в 4 раза меньше, чем в стальной арматуре. В связи с этим для придания бетону той же прочности коэффициент армирования (соотношение площадей арматуры и бетона) для композитной арматуры должен быть в 4 раза выше, чем для стальной арматуры.

Низкая жесткость некоторых видов композитной арматуры резко ограничивает её применение в строительстве.

Отсутствие пластичности[править | править код]

У композитной арматуры отсутствует площадка текучести и разрушение при растяжении носит хрупкий характер. В связи с этим невозможно изменить форму арматуры без нагрева.

Низкая теплостойкость[править | править код]

АСП теряет несущие свойства при 150°С, АБП — при 300°С (стальная арматура работает до 500°С).

Высокая вредность[править | править код]

При резке АСП образуется пыль, состоящая из тончайших стекловолоконных игл. Она загрязняет рабочее место, инструмент и средства защиты. Высок риск получения стеклянных заноз, повреждений глаз и дыхательных путей.

Стеклопластиковая арматура (АСП)— композитная арматура, изготавливаемая из стекловолокна, придающего прочность, и термореактивных смол, выступающих в качестве связующего. Одним из плюсов стеклопластиковой арматуры являются малый вес и высокая прочность. Имея высокую прочность и коррозийную стойкость, является альтернативой арматуре из металла. Главным достоинством стеклополимерной арматуры считается свойственный ей высокий предел разрушающего воздействия — почти в 2,5 раза выше, чем у стали[1].

Базальтопластиковая арматура (АБП) — композитная арматура, изготавливаемая из базальтового волокна и смолы. Существенным отличием данного строительного материала от перечисленных выше — является более высокая стойкость к агрессивным средам. Однако, несмотря на высокую огнестойкость базальтового волокна, жаропрочность базальтовой арматуры не отличается от стеклопластиковой, так как полимерная матрица не в состоянии выдержать температуры выше 160°С.

Композитная арматура применяется в промышленном и гражданском строительстве для возведения жилых, общественных и промышленных зданий, в малоэтажном и коттеджном строительстве для применения в бетонных конструкциях, для слоистой кладки стен с гибкими связями, для ремонта поверхностей железобетонных и кирпичных конструкций, а также при работах в зимнее время, когда в кладочный раствор вводятся ускорители твердения и противоморозные добавки, вызывающие коррозию стальной арматуры.

В дорожном строительстве применяется для сооружения насыпей, устройства покрытий, для элементов дорог, которые подвергаются агрессивному воздействию противогололёдных реагентов, для смешанных элементов дорог (типа «асфальтобетон — рельсы»). Также применяется для укрепления откосов дорог, в строительстве мостов (проезжая часть, ездовое полотно пролётных строений, опоры диванного типа), для берегоукрепления, в виде сеток в основание асфальта.

В России применение композитной арматуры с каждым годом увеличивается. Появляются крупные проектные и строительные компании, массово использующие в строительстве композитную арматуру. Этому способствует появление нормативных документов: ГОСТ 31938-2012, СНиП 52-01-2003, СП.

ПКА и АНК-С применяется в армогрунте, габионах, в креплении горных выработок стеклопластиковыми анкерами, крепление грунта по трассе проходки тоннелей, в буроинъекционных анкерных микросваях с тягой из стальной или неметаллической композитной арматуры, закрепляемой в скважине путём инъекции цементного раствора.

Стеклопластиковая арматура рекомендована для применения в качестве рабочей арматуры в бетонных конструкциях, используемых в районах с сейсмичностью 7-9 баллов.

Для несущих элементов погружных и буроинъекционных нагелей возможно применение АНК взамен следующих видов стальной арматуры: — горячекатаная арматурная сталь периодического профиля класса АIII (A 400), AIV (A 600), AV (A 800) по ГОСТ 5781; — термомеханически упрочненная арматурная сталь периодического профиля класса Ат400с, Ат500с, Ат600, Ат600с, Ат800 по ГОСТ 10884; — сталь арматурная винтового профиля по ТУ-14-2-686-86, ТУ-14-1-5492-2004.

АНК может быть использована для укрепления грунтового основания под различными строительными конструкциями, в т.ч. под водопропускными сооружениями, заложенными в теле насыпей различного назначения.

Метод «Needletrusion»[править | править код]

НИИЖБ разработал новый способ безфильерного изготовления композитной арматуры периодического профиля – метод нидлтрузии.

При таком способе производства стержень, состоящий из волокнистых нитей, пропитанных полимерным связующим, сначала разделяют на отдельные части, пропускают по раздельным каналам, после чего вновь соединяют с одновременной спиральной оплеткой и натягом обмоточного жгута, внедряющегося в пучок волокон. Авторами получены патенты на технологию производства арматуры.

Арматура, изготовленная методом нидлтрузии, имеет высокие анкерующие свойства в бетонной среде, надежное крепление спиральной обмотки на силовом стержне, а также высокие физико-механические свойства.

Метод «Planetrusion»[править | править код]

Технология изготовления неметаллической арматуры способом безфильерной протяжки.

Метод «Pulltrusion»[править | править код]

Технология формирования и отверждения пропитанных полимерным связующим волокон стержня протяжкой через систему фильер с постепенно уменьшающимся сечением.[2]

Характеристики композитной арматуры[править | править код]

Характеристики Металлическая арматура класса А-III (А400) ГОСТ 5781-82 Неметаллическая композитная арматура (АСП — стеклопластиковая, АБП — базальтопластиковая)

ГОСТ 31938-2012 [1]

Материал Сталь 35ГС, 25Г2С, 32Г2Рпс АСП — стеклянные волокна диаметром 13-16 микрон связанные полимером;

АБП — базальтовые волокна диаметром 10-16 микрон связанные полимером

Удельный вес По строительным нормам Легче металлической арматуры
Временное сопротивление при растяжении, МПа 390 600-1200 — АСП (с увеличением диаметра временное сопротивление растяжению уменьшается, например АСП8-1200, АСП16-900, АСП20-700)

700—1300 — АБП

Модуль упругости, МПа 200 000 45 000-АСП

60 000-АБП

Относительное удлинение, % 0,195 2,2-АСП и АБП
Характер поведения под нагрузкой (зависимость «напряжение-деформация») Кривая линия с площадкой текучести под нагрузкой Прямая линия с упруголинейной зависимостью под нагрузкой до разрушения
Коэффициент линейного расширения αх×10-6°C-1 13-15 9-12
Плотность, т/м³ 7,85 1,9-АСП и АБП
Коррозионная стойкость к агрессивным средам Разрушается с выделением продуктов коррозии Нержавеющий материал первой группы химической стойкости
Теплопроводность Теплопроводна Нетеплопроводна
Электропроводность Электропроводна Неэлектропроводна — диэлектрик
Выпускаемые профили 6-80 Россия: 4-20. Иностранные поставщики 6-40
Длина Стержни длиной 6-12 м (унифицированный размер — в связи с требованием перевозки) Любая длина по требованию заказчика
Экологичность Экологична Экологична — не выделяет вредных и токсичных веществ
Долговечность По строительным нормам Прогнозируемая долговечность не менее 80 лет
Замена арматуры по физико-механическим свойствам (кроме величины удлинения под нагрузкой)
  • 5Вр-1 проволока
  • 6А-III
  • 8А-III
  • 10А-III
  • 12А-III
  • 14А-III
  • 16А-III
  • АСП-4, АБП-4
  • АСП-6, АБП-6
  • АСП-8, АБП-8
  • АСП-8, АБП-8
  • АСП-10, АБП-10
  • АСП-12, АБП-12
Замена арматуры по величине удлинения под нагрузкой (одинаковое удлинение под одинаковой нагрузкой, в пределах упругой деформации стальной арматуры)
  • 6А-III
  • 8А-III
  • 10А-III
  • 12А-III
  • 14А-III
  • 16А-III
  • АСП-12
  • АСП-16
  • АСП-20
  • ГОСТ 31938-2012 [2]Арматура композитная полимерная для армирования бетонных конструкций. Общие технические условия
  • ГОСТ 5781-82 Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций. Технические условия

Умные композиты — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

«Умные» композиты иначе самоорганизующиеся системы (англ. smart composites) — особым образом структурированные системы, состоящие из подсистем считывания внешнего сигнала (воздействия), его обработки, исполнения некоторого действия (функциональный отклик), механизмов обратной связи, самодиагностирования и самовосстановления (в случае обратимости).

Каждый элемент такой системы имеет определенную функциональность, которая реализуется соответствующими свойствами разрабатываемых с этой целью перспективных материалов. Вся система структурирована таким образом, чтобы выполнить самоконтролируемое «умное» действие, подобное функционированию живого организма, способного «принимать решение и совершать действие».

Известными примерами «умных» материалов, на основе которых можно сконструировать подобную систему, являются:

  • сплавы и полимеры с памятью формы, которые деформируются и затем восстанавливают свою форму при изменении температуры или напряженности магнитного поля;
  • pH-чувствительные полимеры, которые набухают или коллапсируют при изменении кислотности окружающей среды;
  • термо-чувствительные полимеры, которые изменяют свои свойства при изменении температуры внешней среды;
  • галохромные, электрохромные, термохромные, фотохромные материалы, которые изменяют цвет (пропускание) при * изменении кислотности среды, приложенного напряжения электрического поля, температуры среды, облучении светом соответственно;
  • неньютоновские жидкости, которые изменяют свою вязкость вплоть до потери текучести при изменении величины приложенной скорости сдвига.

Достигнутые в последнее время успехи в области создания функциональных наноматериалов и «умных» систем посредством управления их структурной и композиционной организацией по принципу «снизу-вверх», основанные, в том числе, на разработанных ранее молекулярных, нано- и микроразмерных материалах, являются первым шагом, объединяющим функциональные наноматериалы с логической системой.

Предложено композиты со «встроенными» сенсорами (оптическими, пьезоэлектрическими, акустическими), обеспечивающими мониторинг состояния материала в процессе его производства, испытаний и эксплуатации, относить к «умным» композитам пассивного типа, тогда как композиты, структура которых включает элементы, управляющие поведением конструкции, относят к композитам активного типа. Наиболее известными композитами такого типа являются материалы, содержащие элементы памяти формы или пьезоэлектрические элементы, подавляющие вибрацию.

  •  (англ.) Concise Encyclopedia of Composite Materials / Ed. by A. Kelly. — Elsevier Science, 1994. — 378 p.

Композиционный материал — Википедия

Обычная клееная фанера является широко распространённым композитным материалом

Композитный материа́л (КМ), компози́т — многокомпонентные материалы, состоящие, как правило, из пластичной основы (матрицы), армированной наполнителями, обладающими высокой прочностью, жёсткостью и т. д. Сочетание разнородных веществ приводит к созданию нового материала, свойства которого количественно и качественно отличаются от свойств каждого из его составляющих. Варьируя состав матрицы и наполнителя, их соотношение, ориентацию наполнителя, получают широкий спектр материалов с требуемым набором свойств. Многие композиты превосходят традиционные материалы и сплавы по своим механическим свойствам и в то же время они легче. Использование композитов обычно позволяет уменьшить массу конструкции при сохранении или улучшении её механических характеристик.

Структура композитных материалов

По структуре композиты делятся на несколько основных классов: волокнистые, слоистые, дисперсноупрочненные, упрочненные частицами и нанокомпозиты. Волокнистые композиты армированы волокнами или нитевидными кристаллами — кирпичи с соломой и папье-маше можно отнести как раз к этому классу композитов. Уже небольшое содержание наполнителя в композитах такого типа приводит к появлению качественно новых механических свойств материала. Широко варьировать свойства материала позволяет также изменение ориентации размера и концентрации волокон. Кроме того, армирование волокнами придаёт материалу анизотропию свойств (различие свойств в разных направлениях), а за счёт добавки волокон проводников можно придать материалу электропроводность вдоль заданной оси.

В слоистых композиционных материалах матрица и наполнитель расположены слоями, как, например, в особо прочном стекле, армированном несколькими слоями полимерных плёнок.

Микроструктура остальных классов композиционных материалов характеризуется тем, что матрицу наполняют частицами армирующего вещества, а различаются они размерами частиц. В композитах, упрочнённых частицами, их размер больше 1 мкм, а содержание составляет 20—25 % (по объёму), тогда как дисперсноупрочненные композиты включают в себя от 1 до 15 % (по объёму) частиц размером от 0,01 до 0,1 мкм. Размеры частиц, входящих в состав нанокомпозитов — нового класса композиционных материалов — ещё меньше и составляют 10—100 нм.

Полимерные композитные материалы (ПКМ)

Композиты, в которых матрицей служит полимерный материал, являются одним из самых многочисленных и разнообразных видов материалов. Их применение в различных областях даёт значительный экономический эффект. Например, использование ПКМ при производстве космической и авиационной техники позволяет сэкономить от 5 до 30 % веса летательного аппарата. А снижение веса, например, искусственного спутника на околоземной орбите на 1 кг приводит к экономии 1000$. В качестве наполнителей ПКМ используется множество различных веществ.

А) Стеклопластики — полимерные композиционные материалы, армированные стеклянными волокнами, которые формуют из расплавленного неорганического стекла. В качестве матрицы чаще всего применяют как термореактивные синтетические смолы (фенольные, эпоксидные, полиэфирные и т. д.), так и термопластичные полимеры (полиамиды, полиэтилен, полистирол и т. д.). Эти материалы обладают достаточно высокой прочностью, низкой теплопроводностью, высокими электроизоляционными свойствами, кроме того, они прозрачны для радиоволн. Использование стеклопластиков началось в конце Второй мировой войны для изготовления антенных обтекателей — куполообразных конструкций, в которых размещается антенна локатора. В первых армированных стеклопластиках количество волокон было небольшим, волокно вводилось, главным образом, чтобы нейтрализовать грубые дефекты хрупкой матрицы. Однако со временем назначение матрицы изменилось — она стала служить только для склеивания прочных волокон между собой, содержание волокон во многих стеклопластиках достигает 80 % по массе. Слоистый материал, в котором в качестве наполнителя применяется ткань, плетенная из стеклянных волокон, называется стеклотекстолитом.

Стеклопластики — достаточно дешёвые материалы, их широко используют в строительстве, судостроении, радиоэлектронике, производстве бытовых предметов, спортивного инвентаря, оконных рам для современных стеклопакетов и т. п.

Б) Углепластики — наполнителем в этих полимерных композитах служат углеродные волокна. Углеродные волокна получают из синтетических и природных волокон на основе целлюлозы, сополимеров акрилонитрила, нефтяных и каменноугольных пеков и т. д. Термическая обработка волокна проводится, как правило, в три этапа (окисление — 220° С, карбонизация — 1000—1500° С и графитизация — 1800—3000° С) и приводит к образованию волокон, характеризующихся высоким содержанием (до 99,5 % по массе) углерода. В зависимости от режима обработки и исходного сырья полученное углеволокно имеет различную структуру. Для изготовления углепластиков используются те же матрицы, что и для стеклопластиков — чаще всего — термореактивные и термопластичные полимеры. Основными преимуществами углепластиков по сравнению со стеклопластиками является их низкая плотность и более высокий модуль упругости, углепластики — очень лёгкие и, в то же время, прочные материалы. Углеродные волокна и углепластики имеют практически нулевой коэффициент линейного расширения. Все углепластики хорошо проводят электричество, чёрного цвета, что несколько ограничивает области их применения. Углепластики используются в авиации, ракетостроении, машиностроении, производстве космической техники, медтехники, протезов, при изготовлении лёгких велосипедов и другого спортивного инвентаря.

На основе углеродных волокон и углеродной матрицы создают композитные углеграфитовые материалы — наиболее термостойкие композитные материалы (углеуглепластики), способные долго выдерживать в инертных или восстановительных средах температуры до 3000° С. Существует несколько способов производства подобных материалов. По одному из них углеродные волокна пропитывают фенолформальдегидной смолой, подвергая затем действию высоких температур (2000° С), при этом происходит пиролиз органических веществ и образуется углерод. Чтобы материал был менее пористым и более плотным, операцию повторяют несколько раз. Другой способ получения углеродного материала состоит в прокаливании обычного графита при высоких температурах в атмосфере метана. Мелкодисперсный углерод, образующийся при пиролизе метана, закрывает все поры в структуре графита. Плотность такого материала увеличивается по сравнению с плотностью графита в полтора раза. Из углеуглепластиков делают высокотемпературные узлы ракетной техники и скоростных самолётов, тормозные колодки и диски для скоростных самолётов и многоразовых космических кораблей, электротермическое оборудование.

В) Боропластики — композитные материалы, содержащие в качестве наполнителя борные волокна, внедрённые в термореактивную полимерную матрицу, при этом волокна могут быть как в виде мононитей, так и в виде жгутов, оплетённых вспомогательной стеклянной нитью или лентой, в которых борные нити переплетены с другими нитями. Благодаря большой твёрдости нитей, получающийся материал обладает высокими механическими свойствами (борные волокна имеют наибольшую прочность при сжатии по сравнению с волокнами из других материалов) и большой стойкостью к агрессивным условиям, но высокая хрупкость материала затрудняет их обработку и накладывает ограничения на форму изделий из боропластиков. Кроме того, стоимость борных волокон очень высока (порядка 400 $/кг) в связи с особенностями технологии их получения (бор осаждают из хлорида на вольфрамовую подложку, стоимость которой может достигать до 30 % стоимости волокна). Термические свойства боропластиков определяются термостойкостью матрицы, поэтому рабочие температуры, как правило, невелики.

Применение боропластиков ограничивается высокой стоимостью производства борных волокон, поэтому они используются главным образом в авиационной и космической технике в деталях, подвергающихся длительным нагрузкам в условиях агрессивной среды.

Г) Органопластики — композиты, в которых наполнителями служат органические синтетические, реже — природные и искусственные волокна в виде жгутов, нитей, тканей, бумаги и т. д. В термореактивных органопластиках матрицей служат, как правило, эпоксидные, полиэфирные и фенольные смолы, а также полиимиды. Материал содержит 40—70 % наполнителя. Содержание наполнителя в органопластиках на основе термопластичных полимеров — полиэтилена, ПВХ, полиуретана и т. п. — варьируется в значительно больших пределах — от 2 до 70 %. Органопластики обладают низкой плотностью, они легче стекло- и углепластиков, относительно высокой прочностью при растяжении; высоким сопротивлением удару и динамическим нагрузкам, но, в то же время, низкой прочностью при сжатии и изгибе.

Важную роль в улучшении механических характеристик органопластика играет степень ориентация макромолекул наполнителя. Макромолекулы жесткоцепных полимеров, таких, как полипарафенилтерефталамид (кевлар) в основном ориентированы в направлении оси полотна и поэтому обладают высокой прочностью при растяжении вдоль волокон. Из материалов, армированных кевларом, изготавливают пулезащитные бронежилеты.

Органопластики находят широкое применение в авто-, судо-, машиностроении, авиа- и космической технике, радиоэлектронике, химическом машиностроении, производстве спортивного инвентаря и т. д.

Д) Полимеры, наполненные порошками. Известно более 10000 марок наполненных полимеров. Наполнители используются как для снижения стоимости материала, так и для придания ему специальных свойств. Впервые наполненный полимер начал производить доктор Бейкеленд (Leo H.Baekeland, США), открывший в начале 20 в. способ синтеза фенолформальдегидной (бакелитовой) смолы. Сама по себе эта смола — вещество хрупкое, обладающее невысокой прочностью. Бейкеленд обнаружил, что добавка волокон, в частности, древесной муки к смоле до её затвердевания, увеличивает её прочность. Созданный им материал — бакелит — приобрёл большую популярность. Технология его приготовления проста: смесь частично отвержденного полимера и наполнителя — пресс-порошок — под давлением необратимо затвердевает в форме. Первое серийное изделие произведено по данной технологии в 1916, это — ручка переключателя скоростей автомобиля «Роллс-Ройс». Наполненные термореактивные полимеры широко используются по сей день.

Сейчас применяются разнообразные наполнители так термореактивных, так и термопластичных полимеров. Карбонат кальция и каолин (белая глина) дёшевы, запасы их практически не ограничены, белый цвет даёт возможность окрашивать материал. Применяют для изготовления жёстких и эластичных поливинилхлоридных материалов для производства труб, электроизоляции, облицовочных плиток и т. д., полиэфирных стеклопластиков, наполнения полиэтилена и полипропилена. Добавление талька в полипропилен существенно увеличивает модуль упругости и теплостойкость данного полимера. Сажа больше всего используется в качестве наполнителя резин, но вводится и в полиэтилен, полипропилен, полистирол и т. п. По-прежнему широко применяют органические наполнители — древесную муку, молотую скорлупу орехов, растительные и синтетические волокна. Для создания биоразлагающихся композитов в качество наполнителя используют крахмал.

Е) Текстолиты — слоистые пластики, армированные тканями из различных волокон. Технология получения текстолитов была разработана в 1920-х на основе фенолформальдегидной смолы. Полотна ткани пропитывали смолой, затем прессовали при повышенной температуре, получая текстолитовые пластины. Роль одного из первых применений текстолитов — покрытия для кухонных столов — трудно переоценить.

Основные принципы получения текстолитов сохранились, но сейчас из них формуют не только пластины, но и фигурные изделия. И, конечно, расширился круг исходных материалов. Связующими в текстолитах является широкий круг термореактивных и термопластичных полимеров, иногда даже применяются и неорганические связующие — на основе силикатов и фосфатов. В качестве наполнителя используются ткани из самых разнообразных волокон — хлопковых, синтетических, стеклянных, углеродных, асбестовых, базальтовых и т. д. Соответственно разнообразны свойства и применение текстолитов.

Композитные материалы с металлической матрицей

При создании композитов на основе металлов в качестве матрицы применяют алюминий, магний, никель, медь и т. д. Наполнителем служат или высокопрочные волокна, или тугоплавкие, не растворяющиеся в основном металле частицы различной дисперсности.

Свойства дисперсноупрочненных металлических композитов изотропны -одинаковы во всех направлениях. Добавление 5-10 % армирующих наполнителей (тугоплавких оксидов, нитридов, боридов, карбидов) приводит к повышению сопротивляемости матрицы нагрузкам. Эффект увеличения прочности сравнительно невелик, однако ценно увеличение жаропрочности композита по сравнению с исходной матрицей. Так, введение в жаропрочный хромоникелевый сплав тонкодисперсных порошков оксида тория или оксида циркония позволяет увеличить температуру, при которой изделия из этого сплава способны к длительной работе, с 1000° С до 1200° С. Дисперсноупрочненные металлические композиты получают, вводя порошок наполнителя в расплавленный металл, или методами порошковой металлургии.

Армирование металлов волокнами, нитевидными кристаллами, проволокой значительно повышает как прочность, так и жаростойкость металла. Например, сплавы алюминия, армированные волокнами бора, можно эксплуатировать при температурах до 450—500° С, вместо 250—300° С. Применяют оксидные, боридные, карбидные, нитридные металлические наполнители, углеродные волокна. Керамические и оксидные волокна из-за своей хрупкости не допускают пластическую деформацию материала, что создаёт значительные технологические трудности при изготовлении изделий, тогда как использование более пластичных металлических наполнителей позволяет переформование. Получают такие композиты пропитыванием пучков волокон расплавами металлов, электроосаждением, смешением с порошком металла и последующим спеканием и т. д.

В 1970-х появились первые материалы, армированные нитевидными монокристаллами («усами»). Нитевидные кристаллы получают, протягивая расплав через фильеры. Используются «усы» оксида алюминия, оксида бериллия, карбидов бора и кремния, нитридов алюминия и кремния и т. д. длиной 0,3-15 мм и диаметром 1-30 мкм. Армирование «усами» позволяет значительно увеличить прочность материала и повысить его жаростойкость. Например, предел текучести композита из серебра, содержащего 24 % «усов» оксида алюминия, в 30 раз превышает предел текучести серебра и в 2 раза — других композиционных материалов на основе серебра. Армирование «усами» оксида алюминия материалов на основе вольфрама и молибдена вдвое увеличило их прочность при температуре 1650° С, что позволяет использовать эти материалы для изготовления сопел ракет.

Композитные материалы на основе керамики

Армирование керамических материалов волокнами, а также металлическими и керамическими дисперсными частицами позволяет получать высокопрочные композиты, однако, ассортимент волокон, пригодных для армирования керамики, ограничен свойствами исходного материала. Часто используют металлические волокна. Сопротивление растяжению растёт незначительно, но зато повышается сопротивление тепловым ударам — материал меньше растрескивается при нагревании, но возможны случаи, когда прочность материала падает. Это зависит от соотношения коэффициентов термического расширения матрицы и наполнителя.

Армирование керамики дисперсными металлическими частицами приводит к новым материалам (керметам) с повышенной стойкостью, устойчивостью относительно тепловых ударов, с повышенной теплопроводностью. Из высокотемпературных керметов делают детали для газовых турбин, арматуру электропечей, детали для ракетной и реактивной техники. Твёрдые износостойкие керметы используют для изготовления режущих инструментов и деталей. Кроме того, керметы применяют в специальных областях техники — это тепловыделяющие элементы атомных реакторов на основе оксида урана, фрикционные материалы для тормозных устройств и т. д.

Керамические композитные материалы получают методами горячего прессования (таблетирование с последующим спеканием под давлением) или методом шликерного литья (волокна заливаются суспензией матричного материала, которая после сушки также подвергается спеканию).

Примечания

Литература

  • Кербер М. Л., Полимерные композиционные материалы. Структура. Свойства. Технологии. — СПб.: Профессия, 2008. — 560 с.
  • Васильев В. В., Механика конструкций из композиционных материалов. — М.: Машиностроение, 1988. — 272 с.
  • Карпинос Д. М., Композиционные материалы. Справочник. — Киев, Наукова думка
  • СП 164.1325800.2014 Усиление железобетонных конструкций композитными материалами. Правила проектирования.
  • Техническое заключение по результатам лабораторных испытаний арматурных выпусков из стеклопластика, установленных в монолитный бетон, на действие продольных относительно оси выпуска усилий // Tekhnicheskoe zaklyuchenie po rezul’tatam laboratornyh ispytaniy armaturnyh vypuskov iz stekloplastika, ustanovlennyh v monolitnyy beton, na deystvie prodol’nyh otnositel’no osi vypuska usiliy
  • Высокопрочные системы усиления ITECWRAP/ITECRESIN. Екатеринбург: ООО НИИ Высокопрочные системы усиления ИНТЕР/ТЭК, 2010. 69 с. // Vysokoprochnye sistemy usileniya ITECWRAP/ITECRESIN. Yekaterinburg: OOO NII Vysokoprochnye sistemy usileniya INTER/TEK, 2010. 69.
  • Коршунов, Я. Бурейская ГЭС: сверхпроектные работы/ Я. Коршунов // Газета «Вестник РусГидро».№ 4 — 2014. С.8. // Korshunov, Ya. Bureyskaya GES: sverhproektnye raboty/Ya. Korshunov//Gazeta «Vestnik RusGidro» #4-2014. P.8
  • Усиление железобетонных конструкций (Пособие П 1-98 к СНиП 2.03.01-84*). Минск, 1998. // Usilenie zhelezobetonnyh konstrukciy (Posobie P 1-98 k SNiP 2.03.01-84*). Minsk, 1998.
  • Хозин В. Г., Пискунов А. А., Гиздатуллин А. Р., Куклин А. Н.//Сцепление полимеркомпозитной арматуры с цементным бетоном / Известия КГАСУ № 1(23) — 2013. С.1-8
  • Хозин В. Г., Пискунов А. А., Гиздатуллин А. Р., Куклин А. Н.//Сцепление полимеркомпозитной арматуры с цементным бетоном / Известия КГАСУ № 1(23) — 2013. С. 1-8

Ссылки

композит — Викисловарь

Морфологические и синтаксические свойства[править]

падеж ед. ч. мн. ч.
Им. компози́т компози́ты
Р. компози́та компози́тов
Д. компози́ту компози́там
В. компози́т компози́ты
Тв. компози́том компози́тами
Пр. компози́те компози́тах

ком-по-зи́т

Существительное, неодушевлённое, мужской род, 2-е склонение (тип склонения 1a по классификации А. А. Зализняка).

Корень: -композит-.

Произношение[править]

  • МФА: ед. ч. [kəmpɐˈzʲit], мн. ч. [kəmpɐˈzʲitɨ]

Семантические свойства[править]

Значение[править]
  1. лингв. то же, что сложное слово; слово, образованное соединением двух знаменательных корней или основ. ◆ Композиты составляют одну треть от всех новых слов, возникающих в английском языке. Ю. Ф. Незнанная, «Словосложение в словообразовательной системе современного английского языка» // «Материалы V Международной студенческой научной конференции „Студенческий научный форум“», 2013 г.
Синонимы[править]
  1. сложное слово
Антонимы[править]
  1.  ?
Гиперонимы[править]
  1. слово
Гипонимы[править]
  1.  ?

Родственные слова[править]

Этимология[править]

Происходит от лат. compositio «сочинение; составление; связывание; примирение», от componere «складывать; строить; сочинять», далее из cum (варианты co-, com-, con-) «с, вместе» + pōnere «класть, ставить», из праиндоевр. *po-s(i)nere

Фразеологизмы и устойчивые сочетания[править]

Перевод[править]

сложное слово, образованное соединением двух знаменательных корней или основ

Библиография[править]

  • Новые слова и значения. Словарь-справочник по материалам прессы и литературы 70-х годов / Под ред. Н. З. Котеловой. — М. : Русский язык, 1984.

Морфологические и синтаксические свойства[править]

падеж ед. ч. мн. ч.
Им. компози́т компози́ты
Р. компози́та компози́тов
Д. компози́ту компози́там
В. компози́т компози́ты
Тв. компози́том компози́тами
Пр. компози́те компози́тах

ком-по-зи́т

Существительное, неодушевлённое, мужской род, 2-е склонение (тип склонения 1a по классификации А. А. Зализняка).

Корень: -композит-.

Произношение[править]

  • МФА: ед. ч. [kəmpɐˈzʲit], мн. ч. [kəmpɐˈzʲitɨ]

Семантические свойства[править]

Значение[править]
  1. спец. то же, что композиционный материал; композитный материал; составной конструкционный материал, который обладает свойствами, не присущими его частям ◆ Учёный предложил новый удивительный композит, который эффективно поглощает звук и вибрацию и заметно более прочен, чем было возможно до сих пор.
Синонимы[править]
  1. композиционный материал, композитный материал, КМ
Антонимы[править]
  1.  ?
Гиперонимы[править]
  1. материал
Гипонимы[править]
  1. нанокомпозит, полимерный композит, анизотропный полимерный композит, изотропный полимерный композит, квазиизотропный полимерный композит, конструкционный композит, металлический композит, керамикоматричный композит, трёхслойный композит, древесно-полимерный композит

Родственные слова[править]

Этимология[править]

От лат. compositio «сочинение; составление; связывание; примирение», от componere «складывать; строить; сочинять», далее из cum (варианты co-, com-, con-) «с, вместе» + pōnere «класть, ставить», из праиндоевр. *po-s(i)nere

Фразеологизмы и устойчивые сочетания[править]

Перевод[править]

Библиография[править]

  • Новые слова и значения. Словарь-справочник по материалам прессы и литературы 70-х годов / Под ред. Н. З. Котеловой. — М. : Русский язык, 1984.

Морфологические и синтаксические свойства[править]

падеж ед. ч. мн. ч.
Им. компози́т компози́ты
Р. компози́та компози́тов
Д. компози́ту компози́там
В. компози́т компози́ты
Тв. компози́том компози́тами
Пр. компози́те компози́тах

ком-по-зи́т

Существительное, неодушевлённое, мужской род, 2-е склонение (тип склонения 1a по классификации А. А. Зализняка).

Корень: -композит-.

Произношение[править]

  • МФА: ед. ч. [kəmpɐˈzʲit], мн. ч. [kəmpɐˈzʲitɨ]

Семантические свойства[править]

Значение[править]
  1. архит. сложный смешанный архитектурный стиль, отличающийся сочетанием элементов других стилей ◆ Отсутствует пример употребления (см. рекомендации).
Синонимы[править]
  1. композита, композито
Антонимы[править]
  1.  ?
Гиперонимы[править]
  1. архитектурный стиль; орден, правило
Гипонимы[править]
  1.  ?

Родственные слова[править]

Этимология[править]

От лат. compositio «сочинение; составление; связывание; примирение», от componere «складывать; строить; сочинять», далее из cum (варианты co-, com-, con-) «с, вместе» + pōnere «класть, ставить», из праиндоевр. *po-s(i)nere

Фразеологизмы и устойчивые сочетания[править]

Перевод[править]

сложный смешанный архитектурный стиль, отличающийся сочетанием элементов других стилей

Библиография[править]

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о