Композиционные материалы с различными матрицами

В настоящее время механизм влияния дисперсных наполнителей на физико-механические свойства полимерных композиций, так же как и механизм полимеризационной активации наполнителей в материалах различных типов, не вполне ясны [7, 250-252]. По-видимому, бесспорным. и достаточно общим можно считать влияние реальной степени дисперсности наполнителя в полимерной матрице если в результате полимеризационной модификации степень дисперсности наполнителя при введении его в раствор или расплав полимера-матрицы возрастает, то физико-механические свойства готового композиционного материала обычно улучшаются. Это вполне понятно, поскольку возрастает реальная удельная поверхность наполнителя и соответственно его влияние на свойства матрицы. [c.172]

Поскольку модули упругости наполнителя и матрицы сильно различаются, для обеспечения монолнтности пластика необходимы полимерные матрицы, значения предельных удлинений которых значительно превышают среднее удлинение композиционного материала при сохранении достаточных значений прочности. Особое значение имеет прочность при сдвиге, так как именно малая прочность при сдвиге между слоями является одним из основных недостатков армированных пластиков. При этом предполагается, что адгезионная прочность превосходит прочность полимера, т. е. разрущения по границе раздела ие происходит. Напряжения и деформации для квадратичной и гексагональной укладки волокон [1, 6, 22—26] являются функцией отнощения модулей наполнителя и матрицы и плотности упаковки волокон. Если считать, что полимерная матрица и наполнитель подчиняются закону Гука, то при объемной доле волокна от 0,6 до 0,75 отнощение предельных удлинений изменяется от 5 до 15 [26]. Если же учитывать нелинейное вязко-упругое поведение полимерной матрицы, то это отнощение еше больше возрастает. Увеличение предельной деформации связующего за счет снижения его модуля упругости и прочности, как это происходит при пластификации, не приводит к повышению прочности пластика, так как прн уменьшении модуля упругости матрицы ее предельное удлинение, необходимое для сохранения монолитности, возрастает. Таким образом идеальное связующее должно обладать большим удлинением при высоких значениях модуля упругости и прочности, особенно при сдвиге. В работе [22] приведен расчет показателей такого идеального связующего, наполненного ( 1 = 0,7) бесщелочным стеклом и высокомодульным стеклом ВМ-1 (табл. 8.1). Ни одно из известных эпоксидных связующих не отвечает полностьк> приведенным в таблице требованиям [22], однако они могут служить отправной точкой для сравнения различных эпоксидных композиций. [c.212]

Рассматриваемый здесь вид испытаний применяется для оценки прочности клеевых соединений жестких материалов [26, 73, 208], где измеряемая разрушающая нагрузка Рь (обычно на- правленная перпендикулярно плоскости склейки), отнесенная к площади склейки S (при адгезионном характере разрушения), называется прочностью при нормальном отрыве. Применяется он и для оценки межслоевой прочности в слоистых и армированных материалах [12], где также измеренная величина называется трансверсальной прочностью композита (в отличие от межслоевой сдвиговой прочности). К сожалению, в научной литературе практически нет данных о систематических экспериментальных исследованиях влияния различных параметров моделей и опытов на измеряемую среднюю трансверсальную прочность. Объясняется это, по-видимому, сложностью испытаний, хотя нужда в результатах таких исследований уже сейчас достаточно велика. Поэтому в настоящем разделе мы будем ссылаться главным образом на экспериментальные исследования клеевых соединений, однако получаемые выводы, по нашему мнению, могут быть отчасти распространены и на композиционные (слоистые и армированные) материалы, для которых вопрос о причинах низкой (даже в сравнении с когезионной прочностью матрицы) трансверсальной прочности является одним из главных, особенно, например, в приложении к проблеме монолитности толстостенных изделий из армированного пластика, получаемых методом намотки (цилиндрические и сферические оболочки, трубы и т. д.). В частности, определение трансверсальной прочности обычно осуществляют на образцах, площадь поперечного сечения которых намного меньше площади поверхности разрыва в оболочке. В таких образцах может быть сильным влияние краевого эффекта, в то время как в намоточных оболочках краев практически нет и межслоевой разрыв происходит внутри оболочки. Поэтому вопрос соответствия измеряемой на образцах (дискретных моделях) относительной разрушающей нагрузки с истинной трансверсальной прочностью материала в оболочке пока остается открытым. [c.158]

После определения конструкции композита - выбора компонентов и распределения их функций, приступают к решению наиболее сложной задачи изготовлению композиционного материала, вк.тючающему выбор геометрии армирования (например, различного рода плетения) и наиболее эффективного технологического метода соединения компонентов композита друг с другом (например, золь-гель методы, методы порошковой металлургии, методы осаждения-напыления и другие). Однако основная сложность заключается не в сборке отдельных компонентов композита, а в образовании между ними прочного и специфического соединения. При этом большую роль играет предварительный анализ фаничных процессов, происходящих в системе. Межфазное взаимодействие оказывает влияние на прочность связи компонентов, возможность химических реакций на границе и образование новых фаз, формируя такие характеристики композита, как термостойкость, устойчивость к действию агрессивных сред, прочность и дру гие важные экс-штуатационные характеристики нового материала. Осуществление кон-тpOJ я не только за составом, но и за структурой требует развития теории, которая позволила бы предсказать, как будет влиять то или иное изменение на свойства композита. Когда стало расти число возможных комбинаций матрицы и армирующих волокон, а простое слоистое армирование начало усту пать место армированию сложными переплетениями, исследователи стали искать пути, позволяющие избежать чисто эмпирического подхода. Задача состоит в том, чтобы по характеристикам волокна (частиц и др.), матрицы и по их компоновке заранее предсказать поведение композита. [c.12]

Практически оказалось, что при однонаправленном армировании самые различные механические и термические характеристики (модуль упругости, коэффициент Пуассона, теплопроводность, термическое расширение) вдоль направления волокон подчиняются простому закону смешения. Следует отметить, что рассмотренные модели дают довольно скромные результаты при оценке свойств в поперечном направлении. В этом случае целесообразно привлекать более сложные модели. Использование таких моделей привело к выводу о том, что свойства в поперечном направлении и модуль сдвига композиционного материала чувствительны к разности в значениях коэффициента Пуассона, геометрии волокна, способу упаковки волокон и, в особенности, к свойствам матрицы. [c.81]

Из рис. 3.25 видно, что прочность однонаправленного композиционного материала под различными углами определяется главным образом прочностью на границе раздела волокно—матрица и сдвиговой прочностью матрицы. В тех случаях, когда матрицей служит пластмасса, эти прочности, вообще говоря, очень малы. [c.88]

Углеродные конструкционные материалы (УКМ) отличаются от известных конструкционных материалов более высокой удельной прочностью и жесткостью. Однако полимерные матрицы обладают низкой термостойкостью, что ограничивает область применения У1СМ. В последние годы наибольшее распространение в различных отраслях техники, особенно авиации и космической отрасли, получили углерод-углеродные композиционные материалы (УУКМ), содержащие углерод как в виде армирующего наполнителя, так и в виде матричного материала. [c.6]

Волокнистые наполнители находят более широкое применение в производстве композиционных материалов вследствие их высокой прочности и жесткости и способности предотвращать прорастание трещин в хрупкой полимерной матрице. В зависимости от метода получения волокна обычно имеют цилиндрическую или неправильную форму. Волокна с гладкой поверхностью образуют менее прочное механическое сцепление с матрицей. Однако волокна с гладкой поверхностью легче смачиваются, чем с шероховатой, хотя полного смачивания волокон полимерами, так чтобы вообще не было пустот на поверхности, практически достигнуть не удается. Волокна могут адсорбировать различные вещества, способные влиять на их адгезионные свойства. Следует отметить, что прочное сцепление волокон с полимерной матрицей не всегда желательно, так как оно уменьшает поглощение механической энергии при разрушении композиционного материала. [c.371]

Весьма перспективным направлением в получении высокопрочных материалов является разработка композиционных материалов различных типов. Это направление возникло в последнее десятилетие. Все шире применяются композиционные материалы на основе сплавов, керамических масс и пластиков, армированных металлическими, стеклянными, кварцевыми, органическими и графитными волокнами. Эти материалы сочетают свойства легкой, но малопрочной матрицы и высокопрочных волокон. Так, например, композиционный материал — алюминий, армированный борным волокном, по прочности превосходит алюминиевые сплавы, а по удельной прочности даже и титановые сплавы. [c.51]

Таким образом, принцип получения полимерных композиционных материалов заключается в создании заранее заданной комбинации двух различных фаз (наполнителя и матрицы) с помощью тех или иных технологических приемов. Получаемый материал может быть изотропным или анизотропным в зависимости от того, в какой форме применен в них наполнитель - в виде дисперсных частиц или армирующего волокна, ткани и т.п. [c.11]

Рассмотрим прежде всего некоторые общие закономерности формирования структуры композиционных материалов на основе термопластов и эластомеров различной природы. Размер частиц эластичного наполнителя во всех рассмотренных системах (на основе ПВХ, наирита, каучуков общега назначения) определяется исходным размером его частиц и дополнительным измельчением в процессе смешения с материалом матрицы [1, 6]. Чем жестче материал матрицы — тем сильнее дополнительное измельчение, тем мельче размер частиц эластичного наполнителя в системе. Поэтому оптимальная степень наполнения может меняться в зависимости от условий смешения. С уменьшением исходного размера частиц степень их дополнительного измельчения уменьшается. При введении в полимерную матрицу тонкодисперсных вулканизатов (с размером частиц до 2 мкм) дополнительное измельчение практически не наблюдается. Применение тонкодисперсных вулканизатов (дисперсионного порошкового регенерата) должно обеспечивать большую стандартность свойств получаемых систем, иоско-льку при этом размер час-- [c.72]

Химики создают и впредь будут создавать все новые и новые материалы со специфическими свойствами, требующиеся для самых различных областей наукп, техники, быта, В настоящее время большая часть органического С1штеза использует качестве исходного сырья нефть. В будущем нефть в значительной степени будет заменена па уголь, в связи с чем наряду с нефтехимией важное значение приобретает углехимия. Химики интенсивно трудятся и над созданием новых неорганических материалов. Уже сейчас изготовлены образцы изделий, в которых цемент успешно заменяет такой материал, как фарфор. Получен даже цемент, изделия из которого обладают значительной гибкость . В большом масштабе в технике применяются так называемые композиционные материалы (композиты), представляющие собой такое сочетание веществ с разными свойствами, при котором образуется новый материал с исключительно ценными техническими качествами. Так, материал, полученный направленной кристаллизацией бора в алюминии( волокна бора встраиваются в матрицу из алюминия), на.ходит прп.мс-нение там. где требуется высокая прочность в сочетании с легкостью, например авиации. [c.13]

На примере модификации капроновой нити фенолформальдегидной смолой было показано улучшение смачиваемости волокна той же смолой при получении композиционного материала. Совместное отверждение смолы, протекающее в объеме волокна, с отверждаемой матрицей приводит к существенному повышению прочности связи волокна с матрицей, а в ряде случаев — и к улучшению прочности нити. Обработка поверхностей наполнителей аппретами проводится и с другими целями. При введении дисперсных наполнителей, обработанных различными аппретами, снижается вязкость, повышаются текучесть и водостойкость материала, увеличивается количество вводимого наполнителя при одновременном снижении температуры переработки композиции. Использование органотитанатных аппретов [229] открывает еще более широкие возможности поверхностной обработки практически всех существующих минеральных наполнителей. Их общая формула (КО) Т1 (ОХ - К - У -) , г де КО - легко гидролизуемая группа У - органофункциональная группа, реагирующая со связующим (акриловая, метакриловая, ОН, ЫН 2 и т.д.) ОХ - группа, сообщающая дополнительные свойства (повышение совместимости, придание огнестойкости, пластификация, повышение термоокислительной стойкости, придание композиции тиксотропных свойств и др. Сильными поверхностно-активными веществами являются органотитановые аппреты. Поверхностно-активными свойствами обладают также и силановые аппреты. Принципы взаимодействия ПАВ с наполнителями рассмотрены в работе [227]. [c.84]

Полимерные композиционные материалы (ГЖМ) или ар.мированные пластики состоят из высокопрочных волокон (частиц, слоев) различной природы (стеклянных, углеродных, металлических, по.лимерньк и др.) и полимерного связующего - матрицы, склеивающей волокна в монолитный материал. Настоящий бул1 в современном материаловедении возник в конце первой П0Л0В1ПП.1 XX в., когда появились прочные и легкие стеклопластики и из них начали делать планеры, а затем и многое другое. [c.132]

Предложены электролиты для получения композиционных покрытий алюминия [781, 1021, 455]. Наиболее обнадеживающие результаты дали эфирные ванны, в частности эфирногидридные. В качестве упрочняющего материала использованы углерод (в различных модификациях), АЬОз в высокодиспергированном состоянии. Равномерное соосаждение с алюминием на матрице достигается путем изменения количества диспергатора в ванне, катодной плотности тока и температуры. [c.154]

КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ (от лат. сотро8111о — сочетание)—материалы, которые образованы объемным сочетанием химически разнородных компонентов с четкой границей раздела между ними. Отличаются свойствами, к-рыми не может обладать ни один из компонентов, взятый в отдельности. В К. м. сочетаются лучшие свойства различных составляющих фаз — прочность, пластичность, износостойкость, малая плотность и т. п. Обычно эти материалы состоят из пластичной основы (матрицы), служащей связующим материалом, и включений различных спец. компонентов в виде порошков, волокон, тонкой стружки и частиц др. формы, доступных для смешивания и последующего формования (см. также Армированные материалы). Включения обеспечивают прочность и жесткость композиций, а связующий материал — адгезионную связь (см. Адгезия) между составляющими материала, передачу нагрузки на частицы наполнителя, а также прочность и пластичность материала как единого целого при воздействии мех. и других нагрузок. Иногда связующий материал предохраняет наполнитель от [c.609]

Очевидно, что процессы, протекающие на границе раздела полимерной матрицы и упрочняющего ее наполнителя и их механизмы очень сложны и обусловлены различными и часто противоположно действующими факторами. Поэтому весьма полезно кратко проанализировать теории, пытающиеся выявить эти основные факторы. Полный их обзор дан в работе Эриксона и Плюдемана [29]. Все теории основаны на предположении о том, что для обеспечения высокой прочности композиционных материалов необходима эффективная передача усилий на все части материала от волокна к волокну через границу раздела матрица — наполнитель. Предполагается, что при этом решающую роль играет один из следующих факторов — образование химических связей между наполнителем и матрицей, смачивание поверхности наполнителя полимерной матрицей, образование на поверхности наполнителя пластически деформируемых слоев или слоев с промежуточным значением модуля или все эти факторы действуют одновременно [29]. [c.45]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология