Стеклопластики и композиционные материалы

Некоторые из подобных композитов уже встречались нам при рассмотрении и классификации материалов. Это стеклопластики, материалы на основе древесины и многие другие композиты на основе полимерных соединений. Примером волокнистых компози-п[юнных материалов с металлическими волокнами могут служить алюминий и магний, армированные высокопрочной стальной проволокой, или медь и никель, армированные вольфрамовой проволокой. Несмотря на их термодинамически неравновесное состояние, они устойчивы при температурах ниже 400°С. Скорость диффузии в тугоплавком волокне очень мала, и химического взаимодействия не происходит. Большое внимание в последнее время уделяют попыткам создания волокнистого композиционного материала с матрицей на основе никеля, который служит основой важнейших современных жаропрочных сплавов, упрочненной волок-илми вольфрама. При содержании вольфрама в никеле, равном е о растворимости, матрица не растворяет волокна. Однако такая композиция имеет низкую < )роирочность и большую плотносчь. [c.154]

В то же время очевидно, что должен существовать предел соотношений стекловолокна и клеящей среды, обеспечивающий оптимальные характеристики композиционного материала. При увеличении относительного содержания полимерного связующего в материале наступает закономерное снижение прочности вместе с уменьшением количества стеклянных волокон, в основном воспринимающих нагрузку при приложении напряжения. При уменьшении же количества полимерного связующего ниже определенного предела прочность материала также уменьшается вследствие недостаточной склейки всех волокон и нарушения условий, обеспечивающих совместную работу обоих компонентов. Аналогичным образом соотношение компонентов влияет и на упругие свойства стеклопластиков. [c.286]

Стеклопластики представляют собой гетерогенную систему, состоящую из армирующих волокон и полимерных связующих. Их свойства — физические, механические, химические, диэлектрические — определяются свойствами обоих компонентов, а также совместной работой армирующих волокон и полимерных пленок в процессе деформации этого композиционного материала. [c.261]

Снижение предела выносливости за счет концентрации напряжений армированных пластиков проявляется не очень значительно. У стеклопластиков на полиэфирной смоле на базе 10 циклов обнаружена разность условного предела усталости для гладких и надрезанных образцов около 5%, что значительно меньше, чем для ряда металлов. Это в какой-то степени можно объяснить там, что стеклопластик—композиционный материал, в котором в силу технологии его изготовления уже имеются напряжения за счет концентрации напряжений в местах соединения арматуры со связующим и дополнительная концентрация напряжений за счет внешнего концентратора мало меняет напряженное состояние в образце. [c.265]

В широком смысле композиционный материал включает в себя любой материал с гетерогенной структурой. Наука о композиционных материалах зародилась совсем недавно. Первым примером научного подхода к созданию искусственных КМ можно считать появление железобетона и стеклопластиков. [c.4]

Так как модули упругости компонентов стеклопластика обычно существенно различаются между собой, то для предотвращения преждевременного разрушения необходимы полимерные связующие, предельные удлинения которых превышают среднее удлинение композиционного материала в десятки раз [631 ]. Обычно нарушение монолитности стеклопластиков начинается задолго до разрушения. Вследствие того, что поврежденные участки занимают малую часть объема материала, ориентированные стеклопластики рассчитывают на прочность как сплошные материалы. Естественно, что при оценке герметичности конструкции следует учитывать нижнюю границу нагружения, при котором начинается образование трещин [632]. Обычно количественные расчеты прочности армированных систем начинаются с однослойных моделей. Следующим шагом является рассмотрение материала, состоящего из двух или нескольких слоев. Теорию многослойных сред к армированным материалам применил В. В. Болотин [633]. Теория армированных сред в приложении к ориентированным стеклопластикам получила развитие в работе [634, с. 192]. [c.301]

Одним из вариантов механической обработки поверхности стеклопластиков и композиционных материалов является использование специальных защитных слоев, удаляемых непосредственно перед нанесением клея [51]. Сущность этого способа заключается в том, что при изготовлении деталей или листов из стеклопластика или композиционного материала на склеиваемую поверхность в процессе выкладки слоев препрега укладывают слой (наружный) специальной ткани (обычно лавсановой). После прессования деталь (лист) подвергают механической [c.59]

Получение монокристаллических волокон в достаточном количестве и хорошего качества является по ка трудной задачей, а поэтому цены на них очень высоки они в 10 —20 раз дороже обычных поликристал-лических волокон. Однако 1 кг монокристаллов мож-ет заменить 5—10 /сг других усиливающих материалов. Монокристаллы значительно увеличивают лрочность композиционных материалов, позволяя в то же время снизить вес изделия в 5— 10 раз ло сравнению с металлическими изделиями такой же прочности. Так, при добавке всего лишь 4% монокристаллов в стеклопластики получают материал, который имеет такой же модуль упругости, как и сталь, в 5 раз прочнее ее и в 3 раза легче. Прочность серебра, усиленного 5% сапфировых монокристаллов, увеличивается в 5 раз. Добавление вольфрамовых монокристаллов в медь дает материал с прочностью 24 600 кгс см . [c.401]

Попытки установить зависимости между механическими характеристиками изделий и компонентов, входящих в состав композиционного материала, многочисленны, но предлагаемые формулы не всегда удобно применять в инженерной практике. Кроме того, при выводе формул обычно принимаются во внимание лишь соотношения между некоторыми характерными свойствами (прочность, модуль упругости, коэффициент Пуассона), которые считаются определяющими [42, с. 41]. Однако нельзя не принимать во внимание различия в релаксационном характере свойств различных компонентов пластиков. Необходимость учета большого числа факторов в ряде случаев затрудняет создание расчетных формул общего вида [54]. Иногда целесообразны расчетные формулы частного характера, справедливые для какого-либо определенного состава композиции. Примерами могут служить приближенные зависимости для расчета стеклопластиков, в которых использованы маты, непрерывные волокна или ткани [55, с. 1 56, с. 43]. [c.24]

Это соотношение сохраняется до разрушения материала, которое наступает при достижении предельной деформации одной из фаз. В пластиках, армированных углеродными волокнами, первыми обычно разрушаются волокна, а в стеклопластиках — матрица. Если разрушающее напряжение при растяжении волокон обозначить а,, а соответствующий показатель для матрицы при предельной деформации волокон обозначить а,,,, то разрушающее напряжение при растяжении композиционного материала описывается формулой [c.91]

Поскольку работа межфазного сдвига зависит от длины волокна, оптимум механических свойств — жесткости, прочности, ударной вязкости — реализуется при более длинных волокнах и более слабой адгезии на границе раздела. При слабой связи может повыситься ударная вязкость композиционного материала также в тех случаях, когда разрушение начинается с матрицы. Так, Кук и Гордон [29] полагают, что когда трещина подходит к границе раздела, она не пересекает далее волокно, а распространяется вдоль поверхности волокна. Интенсивность напряжений в вершине трещины при этом снижается. Такой механизм повышения ударной вязкости, по-видимому, имеет место в полиэфирных стеклопластиках. [c.107]

Очень важной характеристикой для стеклопластиков является водопоглощение, так как присутствие в композиции такого гидрофильного наполнителя, как стекловолокно, значительно увеличивает водопоглощение наполненной системы и ухудшает физико-механические свойства композиционного материала. Поэтому исследование влияния модификации поверхности стекловолокна на водопоглощение наполненного им полиэтилена представляет особый интерес. [c.113]

В качестве арматуры в стеклопластиках используют стеклянные волокна, выработанные из стекломассы кварцевого, бесщелочного или щелочного состава. Наиболее широкое применение получили волокна из бесщелочного алюмоборосиликатного стекла. Вид, количество и ориентация используемого наполнителя определяют как физико-механические свойства, так и химическое сопротивление композиционного материала. [c.19]

Компоненты стеклопластика не в одинаковой степени участвуют в сопротивлении композиционного материала механическому воздействию. Так, прочностные и деформативные свойства связующего наиболее отчетливо проявляются в сопротивлении статическому изгибу и сдвигу и в меньшей степени-в сопротивлении растяжению и сжатию. Естественно, что сорбция среды, приводящая к изменению физико-механических свойств связующего, в первую очередь отражается на модуле упругости и прочности увлажненного стеклопластика при изгибе (табл. 5.2). [c.123]

При номош,и формул (2) изучается распределение напряжений в слоистых оболочках из стеклопластиков при одностороннем нагреве и влияние температурных режимов отверждения и процессов релаксации на образование усадочных (остаточных) напряжений, возникающих вследствие термической усадки связующего полимера. Анализ полученных решений указывает, что при стационарном нагреве наиболее опасными являются температурные напряжения, обусловленные тепловым расширением композиционного материала остаточные напряжения при отверждении могут быть снижены путем соответствующего уменьшения скорости охлаждения стеклопластиков с понижением температуры изделия. [c.115]

Материал изотропен, то есть имеет одинаковые свойства во всех направлениях. Листовой прокат, проволока, стеклопластики, композиционные материалы, бумага, древесина — анизотропны. [c.24]

Дьюары для сквид-систем должны быть достаточно прочными и в то же время легкими кроме того, к ним предъявляются строгие требования с точки зрения минимального и правильного использования магнитных и металлических деталей. Эти требования становятся еще более критичными, когда дело касается конструкций, находящихся вблизи приемных катущек магнитометра. В криогенных системах сквидов чаще всего используют неметаллические композиционные материалы из стеклянной, кварцевой или кевларовой ткани, пропитанной эпоксидной смолой. Но поскольку стеклопластик (композиционный материал из стеклоткани и эпоксидной смолы) парамагнитен, его не следует применять для изготовления каркасов измерительных катушек и сосудов для гелия. Иногда наружную оболочку дьюара и внутренний сосуд изготавливают, наматывая на болванку нить из стекла или синтетического волокна с одновременной пропиткой эпоксидной смолой. Более удобен и общепринят метод склейки дьюаров из стеклопластиковых пластин и труб с помощью эпоксидной смолы. Металлические детали делают из алюминиевых сплавов (6061), нержавеющей стали (321) и сплавов меди с никелем, бериллием или кремнием. Из этих материалов нержавеющая сталь обладает наименьшей теплопроводностью, но наибольшей остаточной намагниченностью. Поскольку эта сталь обладает также способностью сильно намагничиваться при сварке и пайке серебром, не рекомендуется помещать детали из нее в чувствительной зоне магнитометра вблизи сквида. Нержавеющую сталь часто используют для изготовления горловины дьюара, поскольку при этом существенно уменьшается поступление тепла и снимается проблема диффузии гелия в вакуумное пространство дьюара. Сплавы кремний - медь применяют при конструировании высокочастотных экранов и изготовлении сосудов для гелия там, где можно использовать зависимость электропроводности этих сплавов от состава. [c.174]

При эксплуатации во внутреннюю оболочку 1, изготовленную из алюминиевого сплава, заливается криогенное моторное топливо. Для изоляции топлива от внешних теплопритоков предусмотрен основной слой теплоизоляции 2, состоящий из пенополиуретана. Длй дальнейшего уменьшения количества теплопритоков поверх пенополиуретанового слоя 2 накладывается дополнительный слой теплоизоляции 3, изготовленный из композиционного материала, например, стеклопластика или армированного стекловолокна. При эксплуатации транспортных средств прочный теплоизолирующий слой 3 играет роль герметичной защитной оболочки, предотвращает механическое разрушение пенополиуретанового теплоизоляционного слоя 2 и попадания в него влаги. [c.43]

При изучении взаимодействия полимеров с неорганическими веществами используют пленки с соответствующим высокодисперсным наполнителем. Так, пленки, полученные из связующего, наполненного кварцевым песком, аэросилом, силикагелем, применяют для изучения взаимодействия полимеров с порошкообразными наполнителями. Подобные образцы пригодны и при исследовании взаимодействия связующего с волокнами в различных композиционных материалах, например в стеклопластиках, хотя в этом случае более целесообразно использовать стеклянную вату, поскольку этот материал ближе к реальному наполнителю [208]. [c.29]

Стеклопластики представляют собой композиционные материалы на основе стекловолокнистых армирующих наполнителей и отвержденных полимерных связующих. Применение в качестве наполнителя тонкого стеклянного волокна, имеющего высокую прочность при растяжении, позволяет получать материалы, превосходящие по удельной прочности закаленную сталь и титановые сплавы. Роль связующего в стеклопластике сводится, главным образом, к объединению отдельных стеклянных волокон в монолитный материал. Высокая прочность стеклянных волокон, составляющих основу прочности стеклопластиков, реализуется лишь в том случае, если они расположены определенным образом по отношению к действующей нагрузке. В связи с этим важнейшей задачей является создание равнонапряженной системы из параллельных стеклянных волокон. [c.5]

В начальный период разработки композиционных материалов на основе углеродных волокон для их испытаний применялись методы, разработанные для стеклопластиков [99]. Однако ряд особенностей углепластиков (высокая анизотропия свойств, большая жесткость, меньшая прочность при межслоевом сдвиге и др.) определили необходимость разработки специальных методов их испытания [100], Этот вопрос обсуждался на ряде конференций (см., например, [31, 101, 102]), а также во многих работах (см., например, [83, 103—107]). В последнее время для испытаний углепластиков предложены методы неразрушающего контроля [108—113], которые наряду с оценкой упругих характеристик позволяют выявлять ряд дефектов материала. [c.170]

Ранее (в главе III) говорилось о том, что для обеспече-аия монолитности композиции максимальное удлинение vnoflHMepHoro связующего должно быть, по крайней мере, одинаковым со средним ожидаемым удлинением композиции. Это требование оказалось преуменьшенным. Далее будет показано, что вследствие того, что модули упругости у компонентов стеклопластика сзга ественно различаются между собой, для обеспечения его целостности необходимы полимерные связующие, предельные удлинения которых превышают среднее удлинение композиционного материала в 5--20 раз . [c.92]

Легкие композиционные материалы конструкционного назначения естественно привлекательны и для использования в вертолетах. Пока наиболее значительная область применения — это лопасти несущего и рулевого винтов, где значительное повышение сопротивления усталости по сравнению с цельнометаллическими лопастями и большая свобода при конструировании и изготовлении быстро были оценены по достоинству. Применение композитов на основе однонаправленных препрегов позволило улучшить механические и динамические характеристики ротора по сравнению с металлическими лопастями. Кроме того, они продемонстрировали более высокие значения статической и усталостной прочности. На современном уровне развития технологии композитных лопастей основным конструкционным материалом является стеклопластик (полимерный материал, армированный стекловолокном). В некоторых применениях используется углепластик (полимерный материал, армированный углеродным волокном). Иногда из них изготавливают лопасти. Европейские производители находятся впереди в разработках в этой области, и наиболее впечатляющие результаты и характеристики, продемонстрированные в процессе эксплуатации европейской техники, вполне оправдывают ожидания инженеров. Кроме того, значительно снижаются прямые эксплуатационные расходы. Одно из самых привлекательных свойств стеклопластиков — это присущая им низкая скорость распространения трещин, что придает лопастям безотказность — крупной поломке предшествует период постепенного ухудшения характеристик. [c.427]

Одним из основных факторов, определяющих высокие физикомехани-ческие свойства армированных пластиков, является прочность сцепления между стеклянными волокнами и полимерными связующими. В стеклопластиках очень сильно развита поверхность волокнистой арматуры, поэтому, чем прочнее связь между клеящей средой и этой поверхностью, тем монолитнее, тем прочнее весь композиционный материал. [c.153]

Качество стеклопластиковых изделий определяется всей совокупностью макро- и микроструктурных параметров составляющих композиционного материала, т. е. волокнистого наполнителя и связующего, зависит также от соотношения этих компонентов в системе и ориентации наполнителя. Свойства волокнистого наполнителя зависят не только от состава стекла и метода получения волокон, но также от диаметра волокна, характера кручения нитей и многих других параметров, связанных с его производством. Во-допоглощение и герметичность изделий из стеклопластиков в большой мере связаны с пористостью материала. [c.57]

При эксплуатации криогенного бака для городских автобусов и муниципальной грузовой техники (рисунок) во внутреннюю оболочку 1, изготовленную из алюминиевого сплава, заливается сжиженный природный газ. Для изоляции СПГ от внешних теплоприто-ков предусмотрен основной слой теплоизоляции 2, состоящий из пенополиуретана толщиной от 50 мм. Для дальнейшего уменьшения количества теплопритоков поверх пенополиуретанового слоя 2 накладывается дополнительный слой теплоизоляции 3, изготовленный из композиционного материала, например стеклопластика или армированного стекловолокна. При эксплуатации транспортных средств прочный теплоизолирующий слой 3 играет роль герметичной защитной оболочки, а также предотвращает механическое разрушение пенополиуретанового теплоизоляционного слоя 2 и попадание в него влаги. По предварительным расчетам, криогенный бак, выполненный по данной технологии, будет в 4-6 раз дешевле баков для аналогичных транспортных средств, изготовленных на основе многослойной экранно-вакуумной изоляции. [c.70]

Процесс полимеризации и склеивания изделий из стеклопластика и углепластика сопровождается большим количеством различных физико-хнмичесюгх реакц 1 и агрегатными превращениями вехнества. Композиционным материалам, из которых создаются полимеры, присуще изменение их свойств под влиянием внешних воздействий [1]. Чаще всего формирование конечной структу ры полимерного материала с приданием ему определенных физических и химических свойств происходит одновременно с получением геометрической формы готового изделия. [c.222]

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]

Сопротивление прессованных стеклопластиков силово му воздействию при различных температурных и временных условиях нагружения изменяется в целом в соответствии с общими закономерностями температурно-временной теории прочности твердых тел. Однако наблюдается и ряд особенностей, обусловленных композиционным составом материала и технологией изготовления изделий. [c.98]

Экспериментальных данных о поведении композиций с короткими волокнами при циклических нагрузках очень мало. По данным, полученным в работе [75], установлено, что предел усталостной выносливости поликарбоната при 10 циклов возрастает в 7 раз при введении 40% стекловолокон длиной 6,4 мм. В работе [76] определено число циклов до разрушения эпоксидных смол, наполненных короткими борными волокнами, и установлено, что при циклических нагрузках с амплитудой, составляющей любую долю от разрушающего напряжения, число циклов до разрушения быстро возрастает с увеличением характеристического отношения волокон, достигая постоянных значений при lid около 200. Эту величину можно считать критическим характеристическим отношением, выше которого усталостная прочность постоянна и пропорциональна статической прочности при изгибе (рис. 2.48). В этой же работе исследованы свойства эпоксидных смол с ориентированными асбестовыми волокнами. При этом установлено, что их поведение мало отличается от поведения эпоксидных смол с борными волокнами длиной 25 мм. Оуэн с сотр. [77] показали, что усталостная прочность при 10 циклах полиэфирной смолы, наполненной стекломатом с хаотическим распределением волокон, колеблется между 15 и 45% от разрушающего напряжения при статическом растяжении. В работе [78] изучали поведение при циклическом растяжении и изгибе эпоксидной смолы, содержащей 44% (об.) ориентированных стеклянных волокон длиной 12,5 мм. Полученные результаты показывают, что этот материал является перспективным для изделий, работающих при циклических нагрузках, так как предел его усталостной выносливости составляет более 40% от разрушающего напряжения при растяжении. Эти результаты необычны для стеклопластиков, для которых, очевидно, нет истинно безопасного нижнего предела при циклических нагрузках даже в случае непрерывных волокон [79]. Недавно были исследованы свойства при циклических нагрузках промышленных полиэфирных премиксов [80]. Полученные кривые зависимости амплитудного напряжения от числа циклов до разрушения для литьевых премиксов с хаотическим в плоскости распределением волокон (рис. 2.49) можно сравнить с кривыми, полученными Оуэном с сотр. [81] для композиционных материалов с однонаправленными непрерывными волокнами и для слоистых пла- [c.106]

При 0>0с прочность композиционных материалов падает очень резко с увеличением угла 0. Для материалов на основе необработанных углеродных волокон, сдвиговая прочность которых очень мала, 0с— 5° и при обработке волокон может повышаться до 10° или даже выше. Чрезвычайно высокая чувствительность композиционных материалов к направлению действия нагрузки может быть понижена укладкой однонаправленных слоев волокон под разными углами. Само собой разумеется, что повышение 0с при этом достигается за счет снижения прочности материала в главном направлении и поэтому степень такой укладки должна быть оптимальной. Некоторые экспериментальные данные по прочности слоистых стеклопластиков с различной степенью перекрестной укладки приведены на рис. 2.54 [95]. При более или менее равномерном (хаотическом) распределении волокон в двух на- [c.115]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология