Сравнительная характеристика различных композиционных материалов

Конструкционные материалы – материалы как общетехнического, так и инженерно-технического, применяемые для изготовления изделий и конструкций, воспринимающих силовую нагрузку.

Для первых разрушающее напряжение от 2 до 25 МН/м²,

Для вторых – свыше 35 МН/м²..

Эти материалы очень различны по природе компонентов, по механическим, деформационным, теплофизическим и др. свойствам.

Однако, основная характеристика КМ это несущая способность, определяемая физико-механическими свойствами.

Из этих свойств наиболее важными, используемыми при расчете зданий, сооружений, изделий и конструкций, являются две: прочность и жесткость.

Первая характеризуется разрушающим напряжением (τ_р, МН/м²)

Вторая – модулем упругости (Е, МН/м²), имеющим туже размерность, но характеризующим деформативность материала.

КМ – гетерогенный, многофазный материал, состоящий из двух или более компонентов, с четной границей раздела между ними и качественно новыми свойствами при сохранении химической индивидуальности каждого компонента. КМ дает возможность регулировть массу и прочность в различных направлениях, позволяя в случае армированных пластиков усиливать конструкции в направлении главных напряжений.

.

Таблица 1.1 Сравнительная характеристика различных композиционных материалов

Лекция 2

1.3.Составляющие композиционного материала

С позиции физикохимии и материаловедения КМ представляют многокомпонентную систему, к этой системе применимы такие принципы как: непрерывность и соответствия.

Количественными закономерностями, описывающими поведение конкретных веществ, может служить правило фаз Гиббса и уравнение Клаузиуса-Клайперона.

Многокомпонентная система обладает требуемыми технологическими и эксплуатационными свойствами только в том случае, если выполняются определенные условия в виде выбора компонентов и определенными допустимыми свойствами. К этим свойствам относятся: пропитывающая способность, текучесть по Раллингу, вязкость, характеризуемая ПТР для термопластов.

С другой стороны эксплуатационные свойства определяются выбором компонента, обеспечивающих монолитность КМ.

Анализируя структуру КМ в первом приближении можно выделить две фазы: наполнитель и матрица .

Наполнитель – составная часть КМ, обеспечивающая выполнение силовых функций, повышение жесткости, теплостойкости, устойчивости к знакопеременным нагрузкам, износостойкости, изменения в сторону повышения или снижения электрического сопротивления (например: стеклянные волокна повышают, а углеволокно уменьшает), а также, в некоторых случаях, снижения стоимости. В зависимости от требуемых свойств КМ применяются наполнители, которые резко усиливают прочностные (армирующие) свойства на порядки (в 10, 100, 1000 раз), незначительно повышают свойства “усиливающие” или упрочняющие наполнители.

Наполнители, не влияющие на прочность КМ, -. это заполнители.

Матрица – непрерывная фаза . обеспечивающая равномерное перераспределение внешних напряжений в объеме.

Матрица КМ обеспечивает совместную работу элементов наполнителя (частиц, волокон, листов), перераспределение напряжений, возникающих в конструкции, между армирующими или усиливающими элементами.

Матрица выполняет защитно-изоляционные функции, обеспечивая сохранение наполнителя от воздействия воды и растворенных в ней агрессивных веществ.

Дело в том, что армирующие наполнители на основе волокон стекла, бора, ароматического полиамида с одной стороны поглощает воду с ухудшением прочностных и деформационных свойств, а с другой стороны просто взаимодействует с ней, подвергаясь гидролизу.

Матрица КМ для того, чтобы обеспечить эффективную работу армирующего наполнителя должна иметь более высокие деформационные показатели. Кроме того, каждому типу армирующего наполнителя соответствует определенное допустимое значение относительного удлинения матрицы при разрыве (одно из условий монолитности КМ).

КМ в изделиях выполняют несколько функций. Вообще, КМ и изделие, по существу одно и тоже, с точки зрения материаловедения, т.к. они формуются одновременно, поэтому в полной мере присущие изделию.