Кампазітныя матэрыялы: што гэта такое, ўласцівасці, вытворчасць і прымяненне

У розных сферах прамысловасці выкарыстоўваюцца кампазітныя матэрыялы. Што гэта такое? Гэта матэрыялы на аснове некалькіх кампанентаў, што абумоўлівае іх эксплуатацыйныя і тэхналагічныя характарыстыкі. У аснове кампазітаў ляжыць матрыца на аснове металу, палімера або керамікі. Дадатковае армаванне выконваецца напаўняльнікамі ў выглядзе валокнаў, ніткападобных крышталяў і розных часціц.

За кампазітамі - будучыня?

Пластычнасць, трываласць, шырокая сфера ўжывання - вось чым адрозніваюцца сучасныя кампазітныя матэрыялы. Што гэта такое з пункту гледжання вытворчасці? Гэтыя матэрыялы складаюцца з металічнай або неметалічны асновы. Для ўзмацнення матэрыялу выкарыстоўваюцца ніткі, валакна, шматкі большай трываласці. Сярод кампазіцыйных матэрыялаў можна вылучыць пластык, які армуецца Борн, вугляроднымі, шклянымі валокнамі, або алюміній, армаваны сталёвымі або берыліевых ніткамі. Калі камбінаваць ўтрыманне кампанентаў, можна атрымліваць кампазіты рознай трываласці, пругкасці, стойкасці да абразівам.

асноўныя тыпы

Класіфікацыя кампазітаў заснавана на іх матрыцы, якая можа быць металічнай і неметалічны. Матэрыялы з металічнай матрыцай на аснове алюмінію, магнію, нікеля і іх сплаваў знаходзяць дадатковую трываласць за кошт кудзелістых матэрыялаў або тугаплаўкіх часціц, якія не раствараюцца ў асноўным метале.

Кампазіты з неметалічны матрыцай ў аснове маюць палімеры, вуглярод або кераміку. Сярод палімерных матрыц найбольш папулярныя эпаксідная, поліамідная і фенолформальдегидная. Форма кампазіцыі надаецца за кошт матрыцы, якая выступае своеасаблівым злучным рэчывам. Для ўмацавання матэрыялаў выкарыстоўваюцца валакна, джгуты, ніткі, шматслойныя тканіны.

Выраб кампазітных матэрыялаў вядзецца на аснове наступных тэхналагічных метадаў:

• насычэнне армавальных валокнаў матрычным матэрыялам;
• фармаванне ў прэс-форме стужак упрочнителя і матрыцы;
• халоднае прэсаванне кампанентаў з далейшым спяканнем;
• электрахімічнае нанясенне пакрыцця на валакна і далейшае прэсаванне;
• асаджэнне матрыцы плазменным напыленнем і наступнае абціснутых.

Які упрочнитель?

У многіх сферах прамысловасці знайшлі прымяненне кампазітныя матэрыялы. Што гэта такое, мы ўжо сказалі. Гэта матэрыялы на аснове некалькіх кампанентаў, якія абавязкова мацаваць адмысловымі валокнамі або крышталямі. Ад трываласці і пругкасці валокнаў залежыць і трываласць саміх кампазітаў. У залежнасці ад выгляду упрочнителя ўсе кампазіты можна падзяліць:

• на стекловолокниты;
• карбоволокниты з вугляродныя валокнамі;
• бороволокниты;
• органоволокниты.

Упрочнительные матэрыялы могуць ўкладвацца ў дзве, тры, чатыры і больш ніткі, чым іх больш, тым трывалей і надзейней ў эксплуатацыі будуць кампазіцыйныя матэрыялы.

драўняныя кампазіты

Асобна варта згадаць драўняны кампазіт. Ён атрымліваецца з дапамогай спалучэння сыравіны рознага тыпу, пры гэтым у якасці асноўнага кампанента выступае драўніна. Кожны драўняна-палімерны кампазіт складаецца з трох элементаў:

• часціц здробненай драўніны;
• термопластичного палімера (ПВХ, поліэтылену, поліпрапілена);
• комплексу хімічных дабавак у выглядзе мадыфікатараў - іх у складзе матэрыялу да 5%.

Самы папулярны від драўняных кампазітаў - гэта кампазітная дошка. Яе ўнікальнасць у тым, што яна аб'ядноўвае ў сабе ўласцівасці і драўніны, і палімераў, што істотна пашырае сферу яе ўжывання. Так, дошка адрозніваецца шчыльнасцю (на яе паказчык ўплывае базавая смала і шчыльнасць драўніны часцінак), добрым супрацівам на выгіб. Пры гэтым матэрыял экалагічны, захоўвае тэкстуру, колер і водар натуральнага дрэва. Выкарыстанне кампазітных дошак абсалютна бяспечна. За кошт палімерных дабавак кампазітная дошка набывае высокі ўзровень зносаўстойлівасці і вільгацятрываласці. Яе можна выкарыстоўваць для аздаблення тэрас, садовых дарожак, нават калі яны маюць большую нагрузка.

асаблівасці вытворчасці

Драўняныя кампазіты маюць асаблівую структуру за кошт спалучэння ў іх палімернай асновы з драўнінай. Сярод матэрыялаў падобнага тыпу можна адзначыць драўняна-стружкавыя, драўнянавалакністыя пліты рознай шчыльнасці, пліты з арыентаванай дранкі і драўняна-палімерны кампазіт. Вытворчасць кампазітных матэрыялаў дадзенага тыпу вядзецца ў некалькі этапаў:

1. Здрабняецца драўніна. Для гэтага выкарыстоўваюцца драбнілку. Пасля драбнення драўніну прасейваюць і дзеляць на фракцыі. Калі вільготнасць сыравіны - вышэй за 15%, яго абавязкова высушваюць.
2. Дазуюцца і змешваюцца асноўныя кампаненты ў пэўных прапорцыях.
3. Гатовы выраб прэсуецца і фарматуецца для здабыцця таварнага выгляду.

асноўныя характарыстыкі

Мы апісалі самыя папулярныя палімерныя кампазітныя матэрыялы. Што гэта такое, цяпер зразумела. Дзякуючы слаістай структуры ёсць магчымасць армавання кожнага пласта паралельнымі бесперапыннымі валокнамі. Варта асобна сказаць пра характарыстыкі сучасных кампазітаў, якія адрозніваюцца:

• высокім значэннем часовага супраціву і мяжы вынослівасці;
• высокім узроўнем пругкасці;
• трываласцю, якая дасягаецца армаваннем слаёў;
• за кошт жорсткіх армавальных валокнаў кампазіты валодаюць высокай устойлівасцю да высілкам на разрыў.

Кампазіты на аснове металаў адрозніваюцца высокай трываласцю і гарачатрывалага, пры гэтым яны практычна неэластычныя. За кошт структуры валокнаў памяншаецца хуткасць распаўсюджвання расколін, якія часам з'яўляюцца ў матрыцы.

палімерныя матэрыялы

Палімерныя кампазіты прадстаўленыя ў разнастайнасці варыянтаў, што адкрывае вялікія магчымасці па іх выкарыстанні ў розных сферах, пачынаючы ад стаматалогіі і заканчваючы вытворчасцю авіяцыйнай тэхнікі. Напаўненне кампазітаў на аснове палімераў выконваецца рознымі рэчывамі.

Найбольш перспектыўнымі сферамі выкарыстання можна лічыць будаўніцтва, нафтагазавую прамысловасць, вытворчасць аўтамабільнага і чыгуначнага транспарту. Менавіта на долю гэтых вытворчасцяў прыпадае каля 60% аб'ёму выкарыстання палімерных кампазіцыйных матэрыялаў.

Дзякуючы высокай устойлівасці палімерных кампазітаў да карозіі, роўнай і шчыльнай паверхні вырабаў, якія атрымліваюцца метадам фармавання, павышаецца надзейнасць і даўгавечнасць эксплуатацыі канчатковага прадукту.

Разгледзім папулярныя віды палімерных матэрыялаў.

шклапластыка

Для армавання гэтых кампазіцыйных матэрыялаў выкарыстоўваюцца шкляныя валакна, фармаваныя з расплаўленага неарганічнага шкла. Матрыца грунтуецца на термоактивных сінтэтычных смолах і термопластичных палімерах, якія адрозніваюць высокая трываласць, нізкая цеплаправоднасць, высокія электраізаляцыйныя ўласцівасці. Першапачаткова яны выкарыстоўваліся пры вытворчасці антэнных абцякальнікаў ў выглядзе купалападобных канструкцый. У сучасным свеце шклапластыка шырока прымяняюцца ў будаўнічай сферы, суднабудаванні, вытворчасці бытавога інвентара і спартыўных прадметаў, радыёэлектроніцы.

У большасці выпадкаў шклапластыка вырабляюцца на аснове напылення. Асабліва эфектыўны гэты метад пры дробна- і среднесерийном вытворчасці, напрыклад карпусоў катэраў, лодак, кабінаў для аўтамабільнага транспарту, чыгуначных вагонаў. Тэхналогія напылення зручная эканамічнасцю, так як не патрабуецца Раскройваюць стекломатериал.

вугляпластыку

Ўласцівасці кампазітных матэрыялаў на аснове палімераў даюць магчымасць выкарыстоўваць іх у самых розных сферах. У іх у якасці напаўняльніка выкарыстоўваюцца вугляродныя валакна, якія атрымліваюцца з сінтэтычных і прыродных валокнаў на аснове цэлюлозы, пеков. Валакно апрацоўваецца тэрмічнаму ў некалькі этапаў. У параўнанні са шклапластыка вугляпластыку адрозніваюцца больш нізкай шчыльнасцю і больш высокім модулем пругкасці пры лёгкасці і трываласці матэрыялу. Дзякуючы унікальным эксплуатацыйных уласцівасцях вугляпластыку знаходзяць прымяненне ў машына-і ракетабудавання, вытворчасці касмічнай і медыцынскай тэхнікі, ровараў і спартыўных прыладаў.

Боропластики

Гэта шматкампанентныя матэрыялы, у аснове якіх ляжаць борныя валакна, уведзеныя ў термореактивную палімерную матрыцу. Самі валакна прадстаўлены мононитями, джгутамі, якія аплятаюць дапаможнай шкляной ніткай. Вялікая цвёрдасць нітак забяспечвае трываласць і ўстойлівасць матэрыялу да агрэсіўных фактараў, але пры гэтым боропластики адрозніваюцца далікатнасцю, што ўскладняе апрацоўку. Борныя валакна каштуюць дорага, таму сфера прымянення боропластиков абмежаваная ў асноўным авіяцыйнай і касмічнай прамысловасцю.

Органопластики

У гэтых кампазітаў у якасці напаўняльнікаў выступаюць у асноўным сінтэтычныя валокны - джгуты, ніткі, тканіны, папера. Сярод асаблівых уласцівасцяў гэтых палімераў можна адзначыць нізкую шчыльнасць, лёгкасць у параўнанні са шкло- і вугляпластыку, высокую трываласць пры расцяжэнні і высокі супраціў ударам і дынамічным нагрузак. Гэты кампазіцыйны матэрыял шырока выкарыстоўваецца ў такіх сферах, як машына-, судна-, аўтабудавання, пры вытворчасці касмічнай тэхнікі, хімічным машынабудаванні.

У чым эфектыўнасць?

Кампазітныя матэрыялы за кошт унікальнага складу могуць выкарыстоўвацца ў самых розных сферах:

• ў авіяцыі пры вытворчасці дэталяў самалётаў і рухавікоў;
• касмічнай тэхніцы для вытворчасці сілавых канструкцый апаратаў, якія падвяргаюцца награванню;
• аўтамабілебудаванні для стварэння палегчаных кузаваў, рам, панэляў, бампераў;
• горнай прамысловасці пры вытворчасці свідравога інструмента;
• грамадзянскім будаўніцтве для стварэння пралётаў мастоў, элементаў зборных канструкцый на вышынных будынках.

Выкарыстанне кампазітаў дазваляе павялічыць магутнасць рухавікоў, энергетычных установак, памяншаючы пры гэтым масу машын і абсталявання.

Якія перспектывы?

На думку прадстаўнікоў сферы прамысловасці Расіі, кампазіцыйны матэрыял ставіцца да матэрыялаў новага пакалення. Плануецца, што да 2020 года вырастуць аб'ёмы ўнутранага вытворчасці прадукцыі кампазітнай галіны. Ужо цяпер на тэрыторыі краіны рэалізуюцца пілотныя праекты, накіраваныя на распрацоўку кампазітных матэрыялаў новага пакалення.

Прымяненне кампазітаў мэтазгодна ў самых розных сферах, але найбольш эфектыўна яно ў галінах, звязаных з высокімі тэхналогіямі. Напрыклад, сёння ні адзін лятальны апарат не ствараецца без выкарыстання кампазітаў, а ў некаторых з іх выкарыстоўваецца каля 60% палімерных кампазітаў.

Дзякуючы магчымасці сумяшчэння розных армавальных элементаў і матрыц можна атрымаць кампазіцыю з пэўным наборам характарыстык. А гэта, у сваю чаргу, дае магчымасць прымяняць гэтыя матэрыялы ў самых розных сферах.