Общие понятия и определения

КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ КОМПОНЕНТЫ

Композиционный материал (КМ) – многофазный однородный анизотропный материал регулярной структуры с четко выраженной границей раздела фаз.

Наполнитель, армирующий элемент – составная часть композита нитяной, жгутовой, проволочной, ленточной или тканевой структуры с известными физико-механическими характеристиками материалов.

Матрица – составная часть композита, обеспечивающая его монолитность и совместную работу всех моноволокн наполнителя.

Связующее – смола, раствор, газ, порошок, расплав, образующие матрицу в процессе изготовления композита.

Препрег – полуфабрикат, представляющий собой волокнистый наполнитель, пропитанный связующим в определенном весовом соотношении.

Отверждение – процесс затвердевания связующего при изготовлении композита в результате реакции полимеризации, поликонденсации, перехода из жидкой фазы в твердую, а также кристаллизации.

Реактопласт – композит, имеющий полимерную матрицу с пространственно сшитой молекулярной структурой, который отверждается при нагреве

Термопласт – композит, имеющий наиболее простую линейную молекулярную структуру, который отверждается при охлаждении.

Получение КМ с заданными физико-механическими характеристиками имеет ряд особенностей.

1. Свойство КМ формируются в процессе производства конкретной конструкции.

2. Процесс проектирования изделия начинается с конструирования самого материала – выбора его компонентов и назначения оптимальных режимов производства.

3. Без учета особенностей технологии производства нельзя правильно назначить требования к КМ (как к конструкционному материалу) и тем более к самой конструкции.

4. Главная особенность создания конструкций из КМ, в отличие от традиционных конструкций, заключается в том, что конструирование материала, разработка технологического процесса изготовления и проектирование самой конструкции – это единый взаимосвязанный процесс, в котором каждая из составляющих не исключает, а дополняет и определяет другую. Триада материал – конструкция – технология неразделима.

Композит представляет собой неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов, среди которых можно выделить армирующие элементы, обеспечивающие необходимые механические характеристики материала, и матрицу (или связующее), обеспечивающую совместную работу армирующих элементов. Поведение композита под действием различных нагрузок определяется соотношением свойств армирующих элементов матрицы, а также прочностью связи между ними. В композитах высокопрочные волокна воспринимают основные напряжения, возникающие в композиции при действии внешних нагрузок, и обеспечивают жесткость и прочность в направлении ориентации волокон.

Армирующие волокна, применяемые в конструкционных КМ, должны удовлетворять комплексу эксплуатационных технологических требований. К первым относятся требования, обусловливающие прочность, жесткость, плотность, стабильность в определенном температурном интервале, химическую стойкость и т. п. Ко вторым – технологичность волокон, определяющая возможность создания высокопроизводительных процессов изготовления силовых каркасов и изделий на их основе. Армирующие компоненты используют в виде моноволокон, нитей, проволок, жгутов, сеток, тканей, лент, холстов. Свойства КМ при этом зависят не только от свойств волокон матрицы, но и от способа армирования, в соответствии с которым можно выделить следующие основные группы:

· композиты, образованные из слоев, армированных параллельными непрерывными волокнами (несмотря на большое многообразие структур, которые определяются числом слоев, их толщиной и взаимной ориентацией, свойства таких материалов оцениваются свойствами однонаправленного слоя);

· композиты, армированные тканями (тканые материалы);

· композиты с хаотическим и пространственным армированием.

Форма волокнистых армирующих элементов определяется природой волокон, способом их получения и дальнейшей текстильной переработкой, а также процессом изготовления композитов и изделий из них. Волокнистые армирующие элементы – это, как правило, непрерывные волокна, представляющие собой крученые и некрученые нити, жгуты (ровинги), ленты, ткани различного переплетения, а также короткие волокна в виде порошков, штапельных тканей, матов и т. п.