Композиционные материалы

ОПРЕДЕЛЕНИЕ
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.
Компоненты композиционного материала различны по
геометрическому признаку.
Компонент, непрерывный во всем объеме композиционного
материала, называется матрицей.
Компонент прерывистый, разделенный в объеме
композиционного материала, называется арматурой.
Обычная клееная фанера является широко
распространённым композиционным материалом
КЛАССИФИКАЦИЯ
КОМПОЗИТОВ
По геометрии наполнителя композиционные
материалы подразделяются на три группы:
- с нуль-мерными наполнителями, размеры которых
трех измерениях имеют один и тот же порядок;
- с одномерными наполнителями, один из размеров
которых значительно превышает два других;
-с двухмерными наполнителями, два размера
которых значительно превышают третий.
По схеме расположения наполнителей выделяют три группы
композиционных материалов:
- с одноосным (линейным) расположением наполнителя в
виде волокон, нитей, нитевидных кристаллов в матрице
параллельно друг другу;
- с двухосным (плоскостным) расположением армирующего
наполнителя, матов из нитевидных кристаллов, фольги в
матрице в параллельных плоскостях;
- с трехосным (объемным) расположением армирующего
наполнителя и отсутствием преимущественного направления
в его расположении.
Схемы армирования
композиционных
материалов:
I - однонаправленная;
II - двухнаправленная;
III - трехнаправленная;
IV - четырехнаправленная.
Укладка волокон:
1 - прямоугольная,
2 - гексагональная,
3 - косоугольная,
4 - с искривленными
волокнами,
5 - система из n нитей
По природе компонентов композиционные
материалы разделяются на четыре группы:
- композиты с полимерной матрицей;
- композиты с керамической матрицей;
- композиты с металлической матрицей;
- композиты оксид-оксид.
ПРЕИМУЩЕСТВА КМ
• Главное преимущество КМ в
том, что материал и
конструкция создается
одновременно.
• Исключением
являются препреги, которые
являются полуфабрикатом
для изготовления конструкций.
Разные классы композитов могут обладать
одним или несколькими преимуществами.
Некоторых преимуществ невозможно
добиться одновременно.
- высокая удельная прочность (прочность
3500 МПа)
- высокая жёсткость (модуль упругости
130…140 — 240 ГПа)
- высокая износостойкость
- высокая усталостная прочность
- из КМ возможно
изготовить размеростабильные
конструкции
- легкость
НЕДОСТАТКИ КМ
•
•
•
•
•
•
•
Высокая стоимость
Анизотропия свойств
Низкая ударная вязкость
Высокий удельный объём
Гигроскопичность
Токсичность
Низкая эксплуатационная
технологичность
ТОВАРЫ ШИРОКОГО
ПОТРЕБЛЕНИЯ
• Железобетон —
один из старейших и
простейших
композиционных
материалов
• Удилища для
рыбной ловли
из стеклопластика и
углепластика
• Лодки
из стеклопластика
• Автомобильные
покрышки
• Металлокомпозиты
СПОРТИВНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
• Велосипеды
• Оборудование для горнолыжного
спорта — палки и лыжи
• Хоккейные клюшки и коньки
• Байдарки, каноэ и вёсла к ним
• Детали кузовов гоночных автомобилей и
мотоциклов
• Шлемы
МЕДИЦИНА
• Материал для зубных пломб
МАШИНОСТРОЕНИЕ
• В машиностроении композиционные материалы
широко применяются для создания защитных
покрытий на поверхностях трения, а также для
изготовления различных деталей двигателей
внутреннего сгорания (поршни, шатуны).
АВИАЦИЯ И КОСМОНАВТИКА
•
Композиционные материалы применяются для
изготовления силовых конструкций летательных
аппаратов, искусственных спутников,
теплоизолирующих покрытий шаттлов, космических
зондов. Всё чаще композиты применяются для
изготовления обшивок воздушных и космических
аппаратов, и наиболее нагруженных силовых
элементов.
ВООРУЖЕНИЕ И ВОЕННАЯ
ТЕХНИКА
• бронежилеты
• броня для военной техники
ЛИТЕРАТУРА
• Кербер М. Л., Полимерные
композиционные материалы. Структура.
Свойства. Технологии.
• Васильев В. В., Механика конструкций
из композиционных материалов.
• Карпинос Д. М., Композиционные
материалы. Справочник.