Композиции, усиленные волокнами

Таблица 12.4 показывает, что, например, композиции на основе эпоксидных смол, усиленные борными или графитовыми волокнами, имеют удельные (на единицу массы) прочность и модуль упругости, далеко превосходящие аналогичные параметры для алюминия, титана или высокопрочных сталей. Кроме того, абсолютные значения некоторых параметров также достигают или превосходят значения аналогичных параметров для металлов. Несмотря на высокий уровень достигнутой прочности, другие свойства, например усталостное поведение, могут оставаться низкими и затруднять в некоторых случаях практическое использование композиционных материалов. [c.361]

Настоящая глава посвящена рассмотрению новых, только зарождающихся научных направлений и вопросов, на которые пока еще нет ответов, а также обсуждению возможности создания новых материалов. В этой главе нами предпринята попытка классификации и кодирования композиционных материалов и смесей с использованием топологического подхода, рассмотрены возможные пути образования новых комбинаций на основе двух полимеров, пути смешения двух типов полимерных молекул и, наконец, вопрос о том, что общего между такими различными материалами, как наполненные мелкодисперсными частицами и усиленные волокнами пластики, бетоны, импрегнированные полимерами и пенопласты, пленкообразующие красители и другие. Кроме того, в этой главе рассмотрены некоторые другие проблемы смешения полимеров. Коротко освещены представления о возможности образования полимерных эвтектик (до сих пор еще не полученных), а также изложены представления о явлениях, происходящих в области фазовых границ полимерной смеси при этом мы попытались выявить ранее неизвестные или мало понятные факторы. Заключают главу разделы, в которых кратко изложены характеристики красок и адгезивов на основе смесей и композиций, а также некоторые вопросы экономики и охраны окружающей среды, связанные с производством и эксплуатацией композиционных полимерных материалов. [c.385]

КОМПОЗИЦИИ, УСИЛЕННЫЕ ВОЛОКНАМИ [c.359]

В этом разделе кратко рассмотрены основные аспекты механического поведения композиций, усиленных волокнами (как короткими, так и непрерывными). Так как природа межфазной адгезии (как и в случае композиций с порошкообразными наполнителями) важна для определения модуля, прочности и ударной вязкости, то обсуждена также роль поверхности раздела между наполнителем и матрицей. [c.359]

Так как многие усиленные волокнами пластмассы подвергаются циклическим нагрузкам, то знание усталостного поведения композиций, содержащих как короткие, так и непрерывные волокна, является очень важным. Исследовано влияние на усталостные свойства таких факторов, как отношение длины волокна к диаметру, частота воздействия нагрузки, типы разрушения и характер [c.365]

Как и в случае порошкообразных наполнителей, энергия разрушения усиленной волокнами композиции является сложной функцией свойств усилителя, матрицы и поверхности раздела 126]. Существует несколько причин диссипации энергии [18, 47, 79, 124, 125, 127, 185, 221, 464, 588, 606, 655, 709, 730, 731, 993] (см. табл. 12.5). [c.369]

С недавнего времени для изготовления изделий, работающих под нагрузкой, в промышленном масштабе начали выпускаться полиамиды, наполненные углеродными волокнами. При равном содержании наполнителя жесткость полимеров, наполненных углеродными волокнами, значительно выше, а масса изделий из таких композиций гораздо меньше, чем полимеров, усиленных стеклянным волокном. Новые материалы с успехом применяют в космической технике. [c.170]

Строго говоря, свойства композиции зависят не только от индивидуальных свойств двух компонентов и их относительного содержания, но и от размеров, формы, степени агломерации компонента, находящегося в меньшем количестве, и адгезии между наполнителем и матрицей. Наполнители можно разделить на две основные группы — порошкообразные и волокнистые. Порошкообразные наполнители обычно называют просто наполнителями, а при высокой межфазной адгезии — усиливающими наполнителями. Волокнистые наполнители, как правило, относят к усиливающим, так как волокна воспринимают основную часть приложенной к образцу нагрузки. В этой главе рассматриваются матрицы, которые при рабочих температурах являются преимущественно жесткими, а не эластичными (усиление эластомеров см. в гл. 10). Порошкообразные наполнители до сих пор привлекали меньшее внимание по сравнению с волокнистыми, поэтому их рассмотрению отводится больше места. [c.309]

Если полимерный компонент образует непрерывную фазу, в него могут быть введены частицы, имеющие форму сфер, цилиндров или пластин. С точки зрения влияния методов смешения на свойства таких материалов наиболее изучены композиты, содержащие волокна. Волокна могут быть непрерывными или иметь конечную длину, быть ориентированными или беспорядочно располагаться в матрице, а также быть частично ориентированными. Представляют интерес ленточные композиции, так как они могут быть рассмотрены как двумерный аналог высокоориентированного непрерывного волокна, помещенного в матрицу полимера. Усиленные эластомеры отличаются от усиленных пластмасс механическими свойствами полимерного субстрата и соотношением размеров усиливающих частиц и полимерной цепи. Исследованию влияния больших частиц на свойства эластомеров посвящено довольно мало работ, так как обычно такие материалы обладают плохими свойствами. [c.386]

Композиционные материалы с короткими волокнами занимают промежуточное положение между композициями с дисперсными наполнителями и композиционными материалами с непрерывными волокнами, обладающими высокими механическими характеристиками. Поэтому прежде чем переходить к анализу свойств коротковолокнистых композиционных материалов, следует коснуться свойств материалов с непрерывными волокнами, теории усиления которых развиты и проверены в наилучшей степени. [c.87]

Стеклянные волокна имеют очень низкую стоимость и их измельчение для использования в полимерных композициях с короткими волокнами незначительно удорожает стоимость стеклопластиков, хотя при этом несколько снижается эффективность их усиливающего действия. Возможно даже снижение стоимости некоторых изделий из термопластов, таких как полиамиды при наполнении их стеклянными волокнами, хотя этот выигрыш в стоимости материала может понизиться за счет возрастания стоимости его переработки. С другой стороны, введение дорогих нитевидных кристаллов, таких, как кристаллы карбида кремния или оксида алюминия, целесообразно только при резко выраженном усиливающем эффекте. Так как монокристаллы обладают длиной больше критической, на практике обычно наблюдается высокая эффективность усиления ими полимеров, а вследствие малого диаметра и высокой прочности они значительно меньше повреждаются в процессах переработки. Кроме того, из-за чрезвычайно высокой прочности монокристаллы резко повышают прочность наполненных композиций при сравнительно низких объемных долях. Однако, несмотря на эти достоинства, высокая стоимость производства высококачественных монокристаллов требуемой прочности, длины и диаметра, а также дополнительные трудности получения полимерных композиций с ориентированными монокристаллами затрудняет их конкуренцию с обычными стеклопластиками. [c.98]

В системах, представляющих собой резиновую матрицу, наполненную короткими хаотически распределенными отрезками волокон, обнаружена корреляция механических свойств и адгезионной прочности [69]. Сопротивление разрыву нетканых материалов [70] также возрастает с повышением адгезионной прочности. Разрушающее напряжение при растяжении полиэтилена, наполненного. асбестом, возрастает при модификации поверхности и повышении сродства неполярной матрицы к волокнам асбеста. В материалах, содержащих дисперсный наполнитель, прочное сцепление частиц с матрицей— необходимое условие проявления эффекта усиления. Имеется корреляция между прочностными свойствами эластомеров, содержащих наполнитель, и предельным напряжением сдвига в растворе полимера, содержащем дисперсию наполнителей [72—74]. Эта реологическая характеристика зависит от характера связи полимер-наполнитель, т. е. от адгезии. Еще одним доказательством влияния адгезии полимера к частицам наполнителя на прочностные свойства наполненной системы являются данные, приведенные в [75], где обнаружена корреляция усиливающихся свойств наполнителей с адгезией полимера к наполнителю. Прочность композиций, содержащих дисперсные наполнители, возрастает при усилении интенсивности молекулярного взаимодействия меж- [c.194]

Отчетливо выраженное преобладание длины над остальными размерами тонких волокон является как преимуществом, так и недостатком этого вида армирующего материала. Недостаток состоит в том, что волокно способно обеспечить усиление, в основном, в направлении своей продольной оси. В направлении, перпендикулярном оси. волокна, эффект усиления ничтожен. Более того, в этом направлении наличие волокон может даже понизить предел прочности и величину предельной деформации при разрушении, композиции. Достоинством тонких армирующих волокон является возможность создания усиления только в конструктивно необходимом направлении, чем обеспечивается максимальное использование свойств армирующих волокон. При этом подразумевается, что прочность и жесткость у армирующих волокон больше, чем у материала матрицы. [c.18]

Рассмотрим модель разрушения композиции, представляющей собой связующее, усиленное стеклянными волокнами, ориентированными в одном направлении. Прочность стеклянных волокон в основном зависит от дефектов, случайным образом распределенных по их длине, вследствие чего разрушение волокон происходит на различных уровнях напряжений и в различных местах. При растяжении образцов композитного материала отдельные волокна разрушаются в местах локальных дефектов, в результате чего образуются более короткие и более прочные волокна, которые способны воспринимать нагрузку. Нагрузка в местах разрыва передается па волокно за счет касательных напряжений, возникающих на поверхности между волокном и связующим причем на конце разрушенного волокна наблюдается концентрация касательных напряжений, а нормальные равны нулю. С увеличением расстояния от конца разрушенного волокна касательные напряжения в полимерной матрице уменьшаются, а нормальные напряжения в волокне увеличиваются до значения номинальных. С увеличением нагрузки прогрессирующее разрушение волокон продолжается до тех пор, пока эффективная работающая длина волокон не станет настолько малой, что дальнейшее приращение нагрузки не передается волокнам вследствие достижения каса- [c.178]

В этом разделе рассматриваются некоторые исследования свойств композиций, усиленных с помощью более или менее изотропно распределенных коротких волокон. Более детальное обсуждение теоретических и технологических вопросов, касающихся композиций, содержащих непрерывные однонаправленные волокна или слоевые волокнистые структуры, расположенные в двух взаимно перпендикулярных направлениях, дано в работах [41, 130, 131, 172, 190, 191, 373, 715, 808, 944, 998], а также в другой литературе . [c.361]

Даже в линейной области отклик на механические напряжения следует рассматривать как вязкоупругий, а не упругий. Большинство полимеров, обладающих линейными вязкоупругими свойствами при малых деформациях (<1%), ведут себя нелинейно при деформациях порядка 1% или более. Однако в композиции с волокном полимер способен проявлять совершенно иные качества, чем в блоке. Концентрации напряжений и деформаций в локальных областях могут превосходить предельные значения для линейной области, поэтому композиции могут проявлять нелинейные свойства [40, 938], как это наблюдается в случае полимеров, наполненных порошками (см. разд. 12.1.2). Хотя уже при низких деформациях наблюдается нелинейность, Халпин и Пагано [356] предсказали существование общих соотношений для изотропных линейных вязкоупругих систем и проверили свои расчеты на кау чуках, усиленных волокнами. [c.364]

В отличие от композиционных материалов с непрерывными волокнами в материалах с короткими волокнами значительно труднее добиться одноосной ориентации волокон. Разработаны несколько процессов для ориентации коротких волокон типа асбестовых или нитевидных монокристаллов [56], однако распределение волокон в таких широко распространенных материалах как полиэфирные пресс-композиции и литьевые армированные термопласты обычно близко к хаотическому. Хаотическое распределение резко снижает эффективность усиления полимеров короткими волокнами, так как напряжения, передаваемые на неориентированные волокна, могут быть очень малыми или даже равными нулю. Одкнм из путей учета относительной эффективности усиления волокнами является использование коэффициентов эффективности для волокон с заданным типом ориентации и для композиции в целом. Кренчель предложил этот способ для цементов, усиленных волокнами [57]. Он рассчитал коэффициенты эффективности усиления для некоторых идеализированных типов распределения волокон, показанных на рис. 2.38. Если композиционной материал имеет соответствующее распределение волокон, то его проч- [c.93]

Число сортов тефлона быстро растет. Фирмой Du Pont (Е. I.) de Nemours and o. созданы новые рецептуры покрытий на основе фторопластов для различных субстратов. Они наносятся методами электростатического и воздушного напыления при 204°С. Разработаны также смолы под торговым наименованием тефлон-з , которые дают покрытия значительно тверже, чем ранее применявшиеся тефлоновые смолы. Они отличаются также высокой устойчивостью к действию абразивных материалов и исключительно высокой износостойкостью. Созданы различные сорта наполненного тефлона и материалы, покрытые или пропитанные тефлоном, обладающие высокими химическими, механическими и диэлектрическими свойствами. Потребление наполненных фторопластов в 1965 г. составило 1,3—1,8 тыс. т 40 . В качестве наполнителей используются медь, бронза, кокс, глина, графит, фтористый кальций, сернистый молибден, различные волокна и т. д. Войлок из тефлонового волокна, пропитанный тефлоновой смолой, идет для изготовления прокладок и набивок, работающих в жестких условиях в коррозионной среде при высоких температурах. Композиции на основе фторуглеродных смол, усиленных керамическими волокнами, используются в качестве тепло- и химически стойких прокладок, предназначенных для эксплуатации при высоких давлениях. Эти материалы находят применение в современных системах подачи масла и гидравлических жидкостей. Стеклопластики на основе тефлона идут в основном для электроизоляции. [c.208]

Добавками металлических волокон, особенно ультратонких и монокристаллов, улуч1шают свойства металлов (прочность при высоких температурах, устойчивость к окислению и др.). Получение таких композиций осуществляют различными методами. Наиболее часто используют метод, применяемый в порошковой металлургии. В этом случае волокно смешивают с металлическим порошком полученную смесь подвергают прессованию с последующим спеканием в вакууме. Эти материалы можно готовить также пропиткой металлического войлока расплавленным металлом. В последнее время делаются попытки усиливать металлы с помощью волокнистых структур, которые образуются в самом металле при соответствующей термообработке. Наибольшее внимание привлекает усиление тугоплавких металлов и сплавов, применяемых в авиации и ракетостроении. Особенно широко исследуется армирование титана и титановых сплавов с целью получения материалов, е теряющих своей прочности лри высоких температурах. [c.395]

Шаннон и Бифельд [1423] получили на основе полиэфирных смол высоконаполненную пресскомпозицию, усиленную стеклянным волокном. Эта композиция обладает следующими физико-механическими свойствами прочность на удар по Изоду (с надрезом) 24,8 кГсм/см , прочность на изгиб в исходном состоянии 915 кГ/см , после 14 суток пребывания в воде — 922 кПсм , водопоглощение за 24 час. 0,14%, уд. в. 2,0. [c.105]

Полимер служит для обволакивания усиливающих элементов (длинные волокна), что позволяет изготавливать изделия различных форм и структур. Полимер обычно занимает в композиции меньщий объем (20— 50%). Композиционный материал чаще всего вырабатывается в виде слоистого материала. При данном виде усиления (армирования) получают так называемые вы-соконаполненные системы. [c.76]

Имеются технологические способы получения углеродных или графитовых волокон, точно так же обладающих исключительной прочностью в композициях. Эпоксидная смола, усиленная графитовым волокном, была весьма успешно испытана как конструкционный материал для всех несущих пдог,костей реактивных самолетов. По сравнению с традиционными материалами это дало снижение массы до 50%. [c.98]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология